Формирование отливки

РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ

Расчет ведут из условия обеспечения скорости заполнения формы металлом. В практике литья по газифицируемым моделям наибольшее распространение

в особенности при формовке в сыпучие наполнители получил сифонный подвод металла, позволяющий | разложить пенополистироловую модель,а затем заполнить образующуюся полость металлом.

Лучшими являются литниковые системы с незапол­ненным стояком. Это обеспечивает постоянную ско­рость заливки, если площадь поперечного сечения отливки незначительно изменяется по высоте. Однако при изготовлении фасонных отливок это условие часто не соблюдается, поэтому необходимо учитывать положение модели в форме и рассчитывать оптимальную скорость литья по площади минимального горизонтального сечения отливки.

Для мелких отливок массой до 100 кг диаметр отверстия в литниковой чаше d_ч (см) определяют по формуле

где Fотл - площадь характерного горизонтального сечения отливки или блока моделей, см²; vмет - опти­мальная скорость подъема металла в форме (см. табл. 10.1); - коэффициент расхода отверстия в чаше, равный 0,8...0,9; hч,—высота напора в чаше, см.

10.1. Скорость подъёма металла в форме, см/с

Толщина стенок	Оптимальная	Предельная
отливки, им
	2,5	3,3
	2,0	3,0
	1.5	2.5

Площадь сечения стояка F_CT (см²) находят по формуле

где n - коэффициент, равный 03..0,5: G_отлI - масса отливки, г; Ротл-плотность металла, г/см³; h_отл- высота отливки, см; h_изб - избыточный напор, принимаемый равным 8... 10 см.

Для крупных отливок рекомендуется следующий способ расчета литниковой системы. По известной оптимальной скорости подъема металла в форме (табл. 10.1) и высоте отливки определяют время заливки. Затем определяют массовую скорость заливки как отношение массы отливки ко времени заливки. Исходя из этого определяют диаметр стояка и сечение осталь­ных элементов литниковой системы по соотношению

где - соответственно площади сечения литникового хода, прямого питателя и сифонного питателя. Для отливок высотой 500 мм и более рекомендуется применять этажную литниковую систему с двумя и более этажами подвода и расстоянием между ними, равным приблизительно десяти толщинам вертикальной стенки отливки. При таком расположении питателей соотноше­ние площадей поперечного сечения в каждом из мест подвода

При заливке жидкий металл взаимодействует с пенополистироловой моделью и разрушает ее. Продук­тами разрушения являются твердые, жидкие и в основ­ном газообразные вещества. Количество газов Q (см³) определяется по эмпирическому уравнению:

Q = a*F*т

где а - коэффициент газовыделения; F - площадь поверхности взаимодействия между металлом и мо­делью, см²; т - время заливки, с; т - показатель степени, характеризующий динамику процесса разложения пенополистирола.

Коэффициенты a и m постоянны и зависят от скорости заливки металла при одних и тех же значениях температуры и плотности модели. Вся область переменных коэффициентов состоит из трех зон.

В зоне 1 скорость подъема металла меньше скорости продвижения фронта разложения модели; в результате эта область характеризуется наибольшим зазором l и наименьшим давлением р. При разложении пенополистирола жидкая фаза успевает разложиться до газообразных и твердых составляющих, причем твердые частички углерода фильтруются через стенки формы и осаждаются на поверхности огнеупорных зерен, увеличивая их противопригарные свойства.

Во зоне II скорости подъема металла разрушения модели примерно равны. Жидкая фаза не успевает разложиться до газообразных и твердых продуктов и стекает на зеркало металла, образуя локальные участки разложения - источники поверхностных дефектов отливки. Зона II характеризуется минимальным давлением газа р и минимальным зазором l.

В зоне III скорость подъема металла превышает скорость продвижения фронта деструкции пенополисти­рола. Создается максимальный газовый поток, вызыва­ющий тепловую усадку модели на границе "модель-фор­ма", куда под действием гидростатического напора устремляется металл, охватывая модель со всех сторон. Скопившиеся на поверхности металла жидкая и твердая фазы прижимаются к верхней части формы, образуя дефект типа глубокой газовой раковины.

Все характеристики трех зон зависят от темпера­туры заливаемого металла и от типа металла.

Чугунное питье. Продукты разложения пенополистироловой модели оказывают двоякое действие. Твердая фаза предохраняет отливку от пригара. В то же время отложения углерода способствуют образованию раковин на поверхности отливок. Скопление жидкой фазы приводит к образованию волнистой поверхности, газовых раковин и дефекта типа "выпот".

Стальное литье. Температура заливаемого сплава высокая и поэтому глубина деструкции пенополистирола сильно возрастает. Основными продуктами разложения являются газ и твердые углеродистые частицы, фильтруемые через литейную форму. Стальная отливка кристаллизуется в контакте с высокоуглеродистой стенкой, что способствует науглероживанию поверхностного слоя отливки. Глубина такого слоя зависит от состава заливаемой стали (в малоуглеродистых сталях науглероживание больше, чем в высокоуглеродистых), от толщины отливки и ее высоты и достигает 10мм. На периферийных частях толстолитейных отливок наблюдается небольшой обезуглероженный слой. Дефекты характерные для чугунных отливок, из-за отсутствия жидкой фазы не образуются. При слишком быстрой заливке в верхней части отливки возможно образование мелких подкорковых раковин.

Алюминиевое литье. В зоне контакта алюминиевого сплава и пенополистироловой модели температура составляет около 500 °С, и модель разлагается в основном до жидких и газообразных продуктов с небольшим содержанием углеродосодержащих веществ (табл. 10.2).

Твердой фазы при разложении пенополистирола не образуется. Если скорость заливки превышает скорость продвижения фронта разложения модели, то жидкая фаза не успевает разложиться до летучих и, скапливаясь на поверхности отливки, образует спаи, газовые раковины и неслитины.

Таким образом практика показывает, что чем меньше образуется твердого остатка, тем лучше качес­тво поверхности отливки. В настоящее время усилия специалистов направлены на изыскание методов управления деструкцией пенополистирола в полости литейной формы. Следует отметить три направления:

- увеличение степени поглощения полистиролом лучистой энергии. Это достигается введением в полисти­рол различных красителей (сажа, графит, органические красители). Голубой пенополистирол является предста­вителем этого направления;

-введение в полистирол веществ, способствующих его горению. Такими веществами являются органиче­ские перекиси, эфиры, фториды, хлориды бора и др.;

- предотвращение образования углеродосодержащей атмосферы, для чего в форму подают азот, углекислый газ, аргон, а также производят заливку под вакуумом.

10.2. Состав газов, выделяющихся при деструкция пенополистирола, в зависимости от вида заливаемого металла

Химическая формула газов	Состав газов
Силумн, t = 700 'С	Чугун, t = 1350 'С	Сталь, 1550'С
о2	19,2	6,6	5,0
со2	0,2	6,0	6,2
со	1.2	1,0	0,6
^сл^н2п	Нет	13,2	6,0
н2	0,6	32,8	48,0
сн4 + С2Н6	Нет	9,4	7,4
N2	78,8	31,0	26,8

10.8. ЛИТЬЕ В ФОРМАХ ИЗ СУХОГО ПЕСКА

Большинство моделей перед заливкой формуют в опоках формовочными смесями со связующими матери­алами. При выборе формовочной смеси и метода формовки необходимо учитывать низкую прочность и легкую деформируемость пенополистироловой модели под действием внешней нагрузки, которая не должна превышать 0,1 МПа. Поэтому такие методы, как встряхивание, прессование, - неприемлемы. Формовоч­ная смесь должна обладать высокой газопроницаемос­тью и высокой прочностью при малом уплотнении как в холодном, так и в горячем состоянии и сохранять свои свойства при многократном использовании.

Для неответственных отливок применяют обычные песчано-глинистые смеси, уплотняемые вибрацией. Во всех остальных случаях применяют специальные смеси, чаще всего жидкостекольные - самотвердеющие, песчано-цементные, самотвердеющие смеси со смо­ляными связующими и наливные самотвердеющие смеси.

Впервые в мировой практике стало возможным при К L данном методе литья использовать в качестве формо- вочного материала сухой песок без связующего. В этом случае модель устанавливают в перфорированную опоку, засыпают сухим песком при вибрации, закрыва­ют крышкой и заливают металлом. После затвердевания отливку извлекают из опоки и направляют на финиш­ные операции, а песок после охлаждения может вновь использоваться для формовки. Весь процесс легко поддается автоматизации.

Для получения качественной отливки необходимы три условия: недеформируемость модели под давлением со стороны песчаной стенки; сохранение статического равновесия сил на границе "форма-зазор" и равновесие системы "металл-форма".Для выполнения этих условий необходимо иметь плотность уплотненного песка не менее 1700 кг/м³ и высокую газопроницаемость (несколько сотен единиц). Предпочтительно, чтобы зерна песка имели угловатую форму. Опочная оснастка должна иметь газопроницае­мые стенки, причем через эти отверстия не должен высыпаться песок. Металл следует заливать с определен­ной скоростью, определяемой видом металла, его температурой, без прерывания струи. В конце заливки верхний слой песчаной формы может подняться из-за гидростатического напора металла. Особенно это относится к литью черных сплавов и сплавов на медной основе. Поэтому необходимо нагружать верх формы жесткими крышками, которые препятствовали бы поднятию песка, но сами не производили бы давление на форму.

Литниковая система не должна создавать разряже­ние в ее элементах. Турбулентность металла является причиной разрушения песчаной стенки. Она возникает в стояке, поэтому желательно наносить на модель стояка прочное керамическое покрытие, а для крупных отливок литниковую систему выполнять из керамических трубок.

Песок после выбивки охлаждают и просеивают. При необходимости проводят магнитную сепарацию. Так как модель начинает деформироваться при 80 °С, то применять горячий песок недопустимо. Периодически песок прокаливают при 300...400 °С для выжигания продуктов конденсации, которые по мере накопления ухудшают газопроницаемость и повышают газотвор- ность песка.

В песчаных формах без связующего получают отливки из алюминиевых сплавов массой до 100 кг, из черных сплавов - до 500 кг. При использовании форм из самотвердеющих смесей производят отливки массой до 35 т.

Лекция 11

ЛИТЬЕ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ В УГЛЕРОДНЫЕ (ГРАФИТОВЫЕ) ФОРМЫ

Дата добавления: 2014-01-05