Бураков (550672), страница 6
Текст из файла (страница 6)
'х ахщьщщ ьщ щ щ щей ! О "щ ь щ щх х ищщ!'хщ щ щщ«хщищ з Зщ ' щщ щщщщ х~аьщщщщ аьщщ .щ.' щщщ-$хщ .ьщ„щ,ф,щщ с ~лщхщщщ ~ ..щх: х щщщщ щьььщььщщьщщьщщхщщ аьщ хьххщ хщщщхщщ щщ сщ щь хл щь сь щь с» щь сь щщ сщ Термические условия формировакиа осаяивки зазора Х„. При заливке алюминия и Х„= 5 —:7 мм оказалось, что Х„ = 0,625 мм, а при заливке чугуна и такой толщине облицовки Х„= 0,738 мм. Значения эти являются приближенными, но по ним можно судить о порядке величины зазора. Зазор между отливкой и облицовкой в ряде случаев достигает значительной величины и составляет несколько миллиметров.
Объясняется это «выжиманием» отливки из кокиля вследствие силового взаимодействия между ними при усадочном процессе, либо свободной усадкой всей отливки. Здесь необходимо отметить, что чем больше величина Х„, тем уже возможность управления условиями охлаждения отливки путем изменения Х„. В описанных выше опытах облицовку наносили непосредственно на рабочую поверхность кокиля. Тем не менее наблюдались скачки температур на границе облицовка — кокиль. Как указано выше, скачки эти могут быть следствием отложения продуктов термической деструкции смоляного связующего облицовки, на что впервые было обращено внимание в работе 1128].
Термическое сопротивление на внутренней поверхности кокиля может возникнуть также из-за отхода (отслоения) облицовки. Е. Шурман и В. Домен рассчитали примерную величину зазора Х„' между облицовкой и кокилем (181, 1821. Для этой цели они использовали температурные кривые, снятые в экспериментах, аналогичных описанным выше. Опыты проводили при заливке чугунных пластин размером 150'ос!50 мм. Кокиль имел стенки толщиной 60 мм. Толщина облицовки составляла 2, 4, 6, 8 и 10 мм.
В описанных опытах Х,' находилась в пределах 0,02 — 0,05 мм. При этом установлено, что отсутствует закономерность в величине Х„': величина зазора не зависела от температурного напора между облицовкой и кокилем. Охлаждение потока металла. Из предыдущего ясно, что закон изменения температуры О, потока металла в облицованном кокиле аналогичен таковому для обычной песчаной формы. При движении потока с постоянной скоростью и величина О, находится по формуле (1), в которой Т,,ф заменяется на Т,„и а, на выражение где Ь,о — коэффициент аккумуляции теплоты материала облицовки.
Момент 1, достижения расплавом температуры Т,„„определяется из формулы (1), если положить в ней Т, = Т,„„. Температура облицовки на стадии заливки. Технологическое значение метода расчета температурного поля облицовки на стадии заливки заключается в том, что он предоставляет возмож- Тепловые овиоак пмории липтьк в квкиль Рнс. 8. Схема к расчету температурного полк обли- цоеанного кокили на стадии калинки ность оценить зрозию поверхности формы.
Этот вопрос специально рассматривается в гл. И. При решении задачи о температурном поле облицовки в период заливки можно считать, что температура металла есть величина постоянная. Такое допущение является следствием неравенства ЬТьер(( Т,р. Кроме того, из сказанного райее следует, что температура кокиля на стадии заливки металла величина практически постоянная. Указанные обстоятельства учитывали при, построении математической модели процесса.
Последняя прсдставляла собой задачу теплопроводности, записанную в подвижных координатах. Расчетная модель поясняется схемой, показанной на рис. 8 (одним штрихом обозначены величины, относящиеся к участку выше зеркала металла). Подвижная система координат связывается с неподвижной системой выражениями Ч = (у— — и1)(1Р., и х = (г — Я,)Ям где и — скорость; )с', — радиус потока.
Таким образом, — со <у) «+со, 0 «х «и= — '8. нк Расчетные формулы, полученные при решении рассмотренной задачи, имеют следующий вид. Температура облицовки на участке, который лежит перед фронтом потока (над зеркалом металла по рис. 8), 0;в = — Р|ЧЧ (х) е-~г" + 0|гад (х), (12) температура облицовки на участке, который находится в контакте с расплавом, 0 в = = О ~р (х) е "с" + Отгрч (х), (13) где ~р;(х) =-.= 1+ В1(х — я,' — (й(+ — -) (1+ В1( — ); и., ) (, 3,) № № ~р,'(х) = — В1(х ( —, — 1) + —,; о а „хк ~р1' (х) = 1 + В11х — Ах — (/гд+ — нг ) ~1 + В1~ — "); г М' д М" грг (х) .= В11х ( — „— 1 ) + — ч ~ Л'о №о Термические условия 4к)рмировиния отливка /е) и /ео — отрицательный и положительный корни уравнений й/1/>/ео + Л7>/е — Л7> = — О.
Здесь Л(и ~1 ~ —,~В (/>+ В,(1-1-В (и —,)Д, л/1) > == — р/1/> л) и> = В>0> (1-,- В>„п) + В>„ иоб й/)/> =- В(11/> (1+ В1 и), где В(11/> = а>))>/?1/).,б; 1,а ~а Рис. О. Расчетные кривые ианенения температуры рабочей поверкиостм облицовки в аависимости от скорости и авнменвя расплава: — и = О; Š— и = О,ООМ а — и = О,ООб; — и =- О, О>О; Š— и - 'О,еис; Š— и =' = О,ОБО м)с.
Сплошные кривые — й) =- = бОО Вт/(ик К); штриковые кривые— и; = >ООО Вт/)мк К> /а г,а В>с ав/т)/)мб иоб ' 1"об/(еоб/об)' Произвольные постоянные Р рассчитывают по формулам , м' „р/" ,Ф' „У" Р' пк )>)о />/о . Р" / ' >>>о )>)о В выражениях (12) и (13) температура отсчитывается от температуры кокиля как от нуля.
Примеры расчетов с помощью формул (12) и (13) показаны в виде кривых на рис. 9. Относятся они к реальным условиям литья чугуна в облицованный кокиль. В расчетах принято: 01 = О, 01 =- 1200 град.,/?1 .—... 0,05м, Хоб 0,005м, ),б = 0,621 Вт/(м К), а б = — 0,409 10 ' м'/с, а> =-О. Остальные параметры указаны на графиках. Видно, что температура поверхности формы на фронте потока (ч> = 0 и х = 0) прн и 0 весьма чувствительна к малым изменениям скорости. Так, в случае а = 500 Вт/(м' К) и и = 0 0;б = О,"б = 5?1 град., а для движения с очень малой скоростью — 0,002 мlс — эта температура падает до? град.
В случае а> = 1000 Вт/(м' К) и аналогичных изменениях и температура равна 552 и 8 град, соответственно. Из приведенного примера следует также, что с увеличе- +)) нием и уменьшается разогрев о,а поверхности формы в точках, удаленных от фронта потока, г,а причем в этих точках чувствительность к изменению скорости Тепловые основы теории литья в кокиль не имеет выраженной зависимости от диапазона изменения величины и.
Теплообмен на последующих стадиях. Математическое исследование процесса теплообмена между отливкой и облицованным кокилем на последующих стадиях формирования отливки проведено в работе !128 !. Полученные при этом результаты таковы. На стадиях отвода теплоты перегрева и охлаждения затвердевшей отливки температуры отливки О„ облицовки О, и кокиля О, описываются выражениями 2 О, = ~ Р,ехр(/ггро); (14) 2 О, = ~Р,1(гг (х) ехр(игго); г=1 (15) 2 О, =- ~;гРгАг ехр (игго), (16) В„„А, — В,„,, В„, — В„,А, Аа — Аг ' а Аа — А, Юг (х) = 1+ пг,/гг ~В, +к+ (г — + — !) — "+ й, — ~; А, = — 1+ пг,ггг(1., +/г,1в). Величины гг, являются корнями уравнения Лгала+ йггй+ йга = О, в котором йга= йгг= 1 т В1ая., та + я + В)в„л,; елг 1 и'. Ув=т,1 +Вгвкп1 +и( —.+ — ), (В1г 2 )' где Π— температуры, отсчитанные от температуры окружающей среды как от нуля (О = Т вЂ” Т,); Термические условия формироеикия отливки В формулах (14) — (16) приняты обозначения; го= —, х — безиоаа л1 ' Хобх размерная координата (О <х < п = — ), и,)' саМа .
еамз /па = ела собрвФар. ' с бробйьрз ' В1а = )7, В1 = )7 В!зр = )7а оса . пара (17) О„,=О„,+ '( ) р( — — Ф ) —,— з(В,. + )1 (18) ° Л'о Оз = Оер — (О„р — Оа„— тзУ-( —,) ехр ( — —, го) — тзЕ ( —, 1 (19) Л'о е„, — в,„— Л';, где Р= иЬ' —, — Ц , Л11' а Л1 г,р,а„б та= 1 йр' (х) = —. + х — —,' ( —. Вй Фа (,В!д 3,) 2 й1' = — О В1зр т кр' з 1 и ' й1( = 1+ В1 (-1; й1' = паз(а+ В1 и(.'+ и( —.
+ — ); В1а В формулах (17) — (19) обозначено; )е, — объем затвердевшего металла; О„р — температура кристаллизации, отсчитанная от температуры окружающей среды, г, — удельная теплота затвердевания. Штрихи сверху обозначают, что соответствующие величины относятся к стадии затвердевания. Начальные значения температур для стадии заливки задаются условиями расчета, а для последующих стадий определяются где а,б — коэффициент температуропроводности материала облицовки; Аа и Х,б — пОЛОВИна тОЛщины иЛи радиус стенки отЛиВки и толщина облицовки; 1 — время; с — удельная теплоемкость; М вЂ” масса; р — плотность; г' — площадь поверхности охлажде- ниЯ; баан з — коэффициенты теплоотдачи на повеРхностЯх соответственно отливки, облицовки и кокиля; Л вЂ” коэффициент теплопроводности.
Индексы 1, <об» и 2 в обозначениях параметров и физических свойств относятся соответственно к отливке, облицовке и кокилю, а индекс «на обозначает начальное состояние. На стадии затвердевания процесс описывается выражениями: Тепловые основы теории литья в кокиль Рвс. )о. Завнснмость продолммтельностн аатаердевамня плоской алюммнмевей сщтрнховая «рнвая) н оугунмой хелло~иная «рнвая) отливок талщнной ах, = ВО мм от толщнны облицовки йе яа гра расчетом предыдущих стадик. По формулам (17) — (19) можно я)р рассчитать также процесс эвтек- 4)) 7р гве,лл тоидного превращения; для этого необходимо вместо 9„„и г, подставить соответствующие значения температуры и теплоты фазового перехода. На рис.
7 в качестве примера штриховыми ливиями показаны результаты расчетов по формулам (14) — (19). Как видно, расчетные кривые хорошо согласуются с экспериментальными. Еще более наглядное представление о точности рассмотренного расчетного метода дает рис. 10. На нем в виде линий нанесены результаты расчетов продолжительности затвердевания отливок. Там же для сравнения точками показаны экспериментальные величины. Расхождение между расчетом и экспериментом оказалось менее 10%.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
