Тепловой расчет электронагревательных установок стереотипно-литейного оборудования

ССц

учитывает влияние начальной

где коэффициент k-

t*

'зал *ч.н

температуры поверхностей ядра и матрицы на положение ней­трального слоя.

Определение положения нейтрального слоя в литейной стереотипной форме во время отвода теплоты перегрева позво­ляет оценить температурное поле струи сплава со сторо­ны матрицы и ядра, допу­стив, что каждая из частей стереотипа во время течения сплава охлаждается незави­симо.

Рис. 2.6. Схема выделения эле­ментарного объема в потоке

Для простоты решения задачи при определении тем­пературного поля струи сплава делаем следующее допущение. Полагаем, что сплав движется с постоян­ной скоростью. Это допуще­ние возможно, поскольку сплав практически движется в канале неизменного сече­ния, толщина твердой корки незначительна по сравнению с размерами канала, а со­противлением течению можно пренебречь. Кроме того, прене­брегаем количеством теплоты, передаваемой вдоль струи и сте­нок формы теплопроводностью. Течение сплава рассматриваем в прямолинейном канале, поскольку при наружном диаметре стереотипа около 310—450 мм и толщине его 5—12 мм длина пу­тей сплава у ядра и чаши практически равновелика. Затем рас­сматриваем течение сплава в симметричном канале с одинако­выми условиями теплообмена с обеих сторон струи для потоков X' и X^м.

Для решения задачи надо составить уравнение теплового баланса для элемента, выделенного в струе. Совместим начало координат (рис. 2.6) с носиком струи и ось Z направим против течения сплава. Применение подвижной системы координат уп-

Экспериментально получены коэффициенты теплообмена во время течения сплава по форме со стороны ядра: а_я=1740 Вт/м²°С и со стороны чаши а_ч = 232 Вт/м²°С.

Температурные факторы влияют не только на качество пе­чатающей поверхности отлитого стереотипа и линейную струк­туру, но и на точность его геометрических форм, так как невер^ но подобранные температурные режимы литья и охлаждения, а

Рис. 2.7. Влияние скорости заполнения формы на температуру струи сплава

также зональные перепа­
де |---- 1—|---- 1-- 1--- 1—т¹---- 1--- 1—П ^ды температур в различ­
ных частях отливки могут
вызвать существенные из­
менения внутренних на­
пряжений в теле стерео­
типа, а следовательно, и
деформации. В частности,
перепад температур по
образующей на ядре (в
центре температура вы­
ше, чем по краям) в пре­
делах 25—30 °С благопри­
ятствует направленной
кристаллизации от краев
к центру и способствует
питанию затвердевающих
крайних зон за счет цент­
ральных. При большем
перепаде образующие сте­
реотипа изгибаются, соз­
дается так называемая
седловидность--- (вогну­
тость). При температур­
ном перепаде на ядре по образующей, обратно направленной
(центр холоднее краев), образуется выпуклость — «бочкообраз-
ность», и уже при перепаде в 10—20 °С существенно деформиру­
ются образующие стереотипа.

2.5. Тепловой баланс формы

Повышение быстродействия стереотипных литейных систем и стабильность качественных показателей отливаемых стерео­типов во многом зависят от системы охлаждения. Охлаждение

Для направленной кристаллизации и улучшения питания отливки в период кристаллизации температурный перепад по дуге должен быть в пределах 25—30 °С.

проточной водой из водопроводной магистрали (более активное в чаше, для выравнивания фронта кристаллизации) может быть либо в виде душевого полива через отверстия в трубах, проло­женных внутри ядра и чаши, либо сплошным потоком через специальные карманы или внутренние полости формы. При ин­тенсивном охлаждении в отливаемом стереотипе быстро фор­мируется кристаллическая решетка, уменьшается ликвация сплава, однако выход воздуха из отливки затрудняется.

Количество теплоты, которое должно быть отведено от фор­мы для поддержания постоянной температуры, может быть оп­ределено из уравнения теплового баланса.

Количество теплоты Q_cn, потерянное сплавом при охлажде­нии в форме за один рабочий цикл т_ц, должно равняться коли­честву теплоты Qo.c отводимой от формы в окружающую среду,

Чссп = Vo.o

ч:сп Qn.p+Qup + Q (2.18)

Qnep —^сп*£сп (*зал *кр/> (ЛЛУ)

Qk_P =т_сп-г; (2.20)

Уохл⁼⁼ ^сп'^сп (*кр *кон/> №'*Ч

где т_сп — масса заливаемого сплава (стереотипа), кг; с_с'_п — удельная теплоемкость сплава в жидком состоянии, Дж/кг°С; Ссп — удельная теплоемкость затвердевшего сплава, Дж/кг°С; ^зал — температура заливаемого сплава, °С; t_KP — температура кристаллизации сплава, °С; г — удельная теплота кристаллиза­ции сплава, Дж/кг; /_кон — конечная температура при удалении стереотипа из формы, °С; Q_nep — теплота перегрева сплава, Дж; Qk_P —теплота кристаллизации, Дж; Сохл —теплота, выделяе­мая при охлаждении затвердевшего стереотипа, Дж. Qo.c определяется по формуле

Qo.o=Q-ap+QoTK+Q.- (2.22)

Потери тепла Q_Hap через наружную поверхность формы в окружающую среду составляют

^снар ~^аиар \/ф.нар /о.с/ * нар ^тц» (Z..-0)

где оснар — среднее значение коэффициента теплообмена на внеш­ней поверхности формы при охлаждении ее на воздухе, которое можно принять равным 126 Вт/м²°С; /_ф._нар — среднее значение температуры поверхности формы, °С; t_Q._c — температура окру­жающей среды, °С; F_HSLp — площадь наружной поверхности фор­мы» м²; Тц —время одного цикла, с.

2*

Потери тепла Qotk через внутреннюю поверхность формы при ее открытии составляют

Уотк ^==авн (/ф.вн ^о.с)^вн^тотк» (*"*4)

где а_вн — коэффициент теплообмена на внутренней поверхности формы, который можно принять равным а_Нар, Вт/м²°С; /ф._вн— температура внутренней поверхности формы, °С; F_BH — площадь внутренней поверхности (разъема) формы, м²; т₀тк — время на­хождения формы в открытом состоянии, с.

Потери тепла Q_B при охлаждении формы водой определя­ются из выражения

QB = *B<t4>—tJF_BT_v (2.25)

где сев — коэффициент теплообмена между металлом формы и водой на поверхности водоохлаждающих каналов, Вт/м²°С; /ф— температура формы, °С; /_в— температура охлаждающей воды, °С; F_B — общая поверхность всех каналов охлаждения, м². Коэффициент теплообмена в каналах водяного охлаждения определяется по формуле

«.= л4т-. Вт/м²°С, (2.26)

"в'

где v_B — скорость течения воды в каналах, м/с; d_B — диаметр (приведенный) каналов водяного охлаждения, м; А — коэффи­циент пропорциональности, определяемый в зависимости от температуры воды.

/, °С 0 20 40 60 80 100
А 1430 1880 2300 2690 3070 3240

После ряда преобразований среднюю установившуюся тем­пературу формы при условиях равенства температур воды и окружающего воздуха и /ф._Нар = /ф.вн = /ф можно определить из следующего выражения:

/ _ / i ^тсд[Ссп(*аал — *кр) + г + Ссп (*кр-^кон))] ^анар 1\Л нар -г "в/ ^тц~Г^готк ^totkJ

Большое практическое значение имеет'расчет каналов (по­верхности) охлаждения формы при условии, что температура воды не равна температуре окружающей среды.

В общем случае уравнение теплового баланса формы име­ет вид

^mcn К^сп (/_Зал — /_Кр) П ^г +£сп (^кр — /кон)1 = ^анар Шф /о.с) * ^Х (^нар Чц + ^вн ^тотк)1 + ^ав (/ф — /в) ^в *ц>

где /ф — означает среднюю установившуюся температуру фор­мы.

Из уравнения теплового баланса можно определить сум­марную площадь поверхности охлаждения F_B:

^шсп[^сп (/зал— 1кр)+^г+с_сп (^кр^-^кон)]—анар (/ф—*о.с) (^ нар ^тц+^вг ^отк)

<*в('ф-—/_в)^тц

(2.28)

Для обеспечения более благоприятных условий кристалли­зации сплава и повышения точности отливаемых стереотипов ре­комендуется температуру охлаждающей воды принимать рав­ной 20—40 °С.

Электронагревательные установки (ЭНУ) используются не только в стереотипно-литейном оборудовании, но находят ши­рокое применение в различных видах формного оборудования: травильных машинах, поточных линиях для обработки офсет­ных и фотополимерных форм и другом операционном оборудо­вании. Поэтому метод теплового расчета ЭНУ представляет практический интерес для всего курса.

Тепловой расчет установок включает определение их мощ­ности, основных конструктивных параметров, расчет тепловой изоляции и определение кпд ЭНУ.

Дата добавления: 2015-04-24