Бураков (550672), страница 4
Текст из файла (страница 4)
4, б) соблюдается условие Ха/Х, ж 1, что означает соизмеримость теплоаккумулирующих способностей отливки и кокиля. Ясно, что в этом случае нельзя пренебречь теплоаккумулирующей способностью кокиля и поэтому нельзя принять в качестве Т, о значение температуры среды, которая охлаждает кокиль.
В то же время нельзя выбрать в качестве Т, о и температуру кокиля: температура эта не является постоянной величиной. Чтобы избежать в данном случае трудностей, в работах 116, 19) предложен и экспериментально обоснован особый способ, согласно которому в качестве расчетной температуры среды принимают среднюю калориметрическую температуру Т, системы отливка— кокиль, усредненную за время г, т. е. 'Вокв т,е + — + тятя« — —— се 2 Мтсх Т,.
=Тк =- в (8) в где т = — ''; !бока = )(ссз(Тхо — Те) рзй: Мтс! ' о М, — масса кокиля; са — удельная теплоемкость материала кокиля; Тя, — температура охлаждаемой поверхности кокиля; га — площадь наружной поверхности формы. Остальные обозначения сохраняются прежними. Так как температура Тя„определяется в результате решения задачи о теплообмене между отливкой и формой, то (~„р и, следовательно, Т, ь находятся методом последовательных приближений.
В первом приближении нужно положить Я„р — О. Практика расчетов показала, что в условиях естественйого охлаждения кокиля на воздухе достаточно, как правило, первого приближения. Температура Т, йи найденная по формуле (8), по сути своей является величиной фиктивной. С ее помощью реальный процесс теплообмена между отливкой и кокилем расчленяется на два независимых, один из которых заключается в охлаждении отливки в среде с постоянной температурой Т, ф, в е другои — в нагреве кокиля в той же среде.
Так как Т, является фиктивной, то выбор ааь осущвствляетсн особым образом (19, 20). В первом приближении , т,„— т,к сс!ф = се т тхк с. Ф 18 Теиловие основы теории литье в кокиль а коэффициент теплоотдачи к кокилю , тж — т,о со~в = — оы, с. ф еи где сь1 — коэффициент теплопередачи через тонкослойное покрытие: ! оь( =— х„, х,„ — +— Хс ~ко В качестве температуры Т,„можно выбрать Т„л, а при небольших перегревах Т„р. Если в расчете Тк не учитывается Я,„р, то теплоотдачу в окружающую среду можно учесть с помощью принципа суперпозиции.
В соответствии с этим принципом на температурное поле отливки и кокиля накладывается понижение температуры при охлаждении системы отливка — кокиль в целом. Однако такой прием правомерен лишь при малой интенсивности охлаждения формы. Можно вообще не учитывать теплоотдачу с наружной поверхности кокиля, если его аккумулирующая способность много больше аккумулирующей способности отливки. Условие, соответствующее данному случаю, имеет вид — ' «1, или — ')) 1. Хе ' Я~ел Тогда, согласно формуле (8), Т, и = Т« — — Тги, а сь|ф .= сь1, т. е.
роль среды, в которой охлаждается отливка, играет кокиль, причем его температура в течение всего процесса не меняется (19!. Следует отметить, что расчеты процесса охлаждения отливкй в тонкостенном и массивном кокиле осуществляются по одним и тем же формулам (1) — (6). Различие заключается только в выборе расчетных значений Т,, ф и я,ь. Но методы определения температурных полей тонкостенных и массивных кокилей оказываются различными. Температурное поле кокнля. Определение температурного поля кокиля необходимо для анализа условий его работы (величины и характера термических напряжений и деформаций, вероятности протекания фазовых и химических превращений в материале рабочей стенки), определения режима принудительного охлаждения и допустимой частоты заливки, выбора условий нанесения покрытия, установления величины теплопотерь в окружающую среду и при решении других практических задач.
Температурное поле тонкостенного кокиля (см. рис. 4, а) рассчитать весьма просто. Находим удельный тепловой поток на поверхности отливки (9) д = а,(҄— Т,), Термические условия фармиравяния втлияки где ҄— температура поверхности отливки. На стадии отвода теплоты перегрева Т„, - Т, и в конце затвердевания Тит =- (Ткр — Тс) 1 — и + 7'с !+ — ) в;,( Для четвертой стадии Т„, вычисляем по формуле (5) (при г = Х,) или (6) (при В1, (( 1).
Далее находим и = и (Тяп Тяп) 1п (1О) Ч = аз (Тяп — Т,), (11) где Тя, и Тя„— температуры стенки кокиля на обеих ее поверхностях. Таким образом, для определения температурного поля тонкостенного кокиля необходимо решить систему уравнений (9) — (11). Температурное поле массивного кокиля (рис. 4, б) определяется как температурное поле тела при одностороннем нагреве средой, температура которой равна Т,, ь, а коэффициент теплоотдачи равен а,ф. Для этого могут быть использованы формулы работы [181, Теплоотдачу в среду, охлаждающую кокиль, можно учесть с помощью принципа суперпозиции. Условие его использования такое же, как и при расчетах охлаждения отливки.
Особые случаи и методы расчета. Наибольшую сложность для теории представляет случай охлаждения отливки в массивном кокиле с водяным охлаждением. Трудность эта связана с тем, что при анализе необходимо учитывать как теплоаккумулирующую способность формы, так и теплоотдачу в окружающую среду. Использование принципа суперпозиции в данном случае оказывается невозможным вследствие большой интенсивности тепло- обмена между кокилем и охлаждающей средой. Задача о теплообмене в системе отливка-водоохлаждаемый кокиль решена в работе (!27). Однако полученные в ней формулы громоздки и поэтому здесь не приводятся.
Их использование на практике облегчает применение ЭВМ. Приведенные выше методы расчетов термических условий формирования отливки в кокилях с тонкослойным покрытием можно рассматривать как относящиеся к наиболее распространенным условиям. Однако они не исчерпывают всех частных случаев, которые встречаются на практике. Дополнительные сведения по этому поводу можно найти как в уже упомянутой литературе, так и, например, в работах (3, 6, 21, 25, 49, 56, 84 ).
Математические методы оптимизации термических условий литья исследуются в работах П. И. Христиченко. Влияние покрытия и охлаждения кокиля. Тепловая теория литья дает возможность исследовать влияние основных конструк- Тепзраыа основа теории лил(ьй в локиль с йг 86 ой хч,лр пггр(п! ДУ ~,о Р к,(к! ДУ (з Р хг/х! а( р! Рис. 6. Зависимость относительного количества теплоты, теряемой в окружающую срелу, от Х,(ХР а — стальная отливка; б — чугунная отливка; 1 — щ = ((,66; З вЂ” а, = Из,З; З вЂ” а, = ()6З Втлмк К) тивных и технологических параметров ~р кокилей на термические условия формирования отливки.
Наиболее важные результаты этих исследований сводятзйп ся к следующему. Покрытие кокиля определяет ин- тенсивность охлаждения отливки. г Путем изменения Х„ и Х,р представляется возможным в широких пределах регулировать условия охлаждения металла. На рис. 5 в качестве примера приведены кривые изменения продолжительности затвердевания плоских ря,, „„,„„„,„„,„алюминиевых отливок толщиной 2Х, = жительиости чатвераеваиия = — 100 мм и чугунных отливок толщи- алюминиевой (Л п чугунной (го отливок от толщины «о- ной 2Х( = 80 мм В зависимости от «нльиого покрытия толщины слоя краски ()пыты прово- дили с кокилем, толщина стенки которого Х, составляла 48 мм. Кокиль охлаждался в естественных условиях.
Как видно, продолжительность затвердевания почти пропорциональна толщине покрытия Хкр 131. На рис. 8 представлены зависимостй отношения (;>жрЯ(',(з от относительной толщины стенки формы Хз/Хз в условиях естественного охлаждения 120]. Величина (!з представляет собой количество теплоты, которое теряет отливка к моменту (з полного затвердевания.
Из графиков видно, что относительная роль внешнего охлаждения кокиля уменьшается по мере возрастания Хю При Хв!Хз') 1 величина внешних теплопотерь оказывается весьма незначительной. Принудительное охлаждение кокиля тем эффективнее повышает скорость затвердевания и охлаждения отливки, чем меньше термическое сопротивление на ее поверхности. Отсюда следует, что Термические условия 4ормироеания оялиеки принудительное охлаждение формы целесообразно сочетать с уменьшением Хир и Х, и повышением Х„р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
