КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Тема: холодильники для стальных и чугунных отливок
ЛЕКЦИЯ 29.
План лекции 1. Холодильники внутренние и наружные. 2. Выбор места установки холодильников. 3. Методы расчета холодильников.
Внутренние холодильники. Этот тип холодильников обеспечивает рав- номерное направленное затвердевание стенок отливки. При правильном рас- положении внутренних холодильников происходит выравнивание скорости охлаждения различных частей отливки, что приводит к снижению литейных напряжений. На основании исследования процессов, сопровождающих за- твердевание стали с внутренними холодильниками установлено: 1. Установка внутренних холодильников приводит к понижению одно- родности свойств стали в отливке. 2. При правильном расположении внутренних холодильников происхо- дит выравнивание скорости охлаждения различных частей отливки, что при- водит к снижению литейных напряжений, уменьшению ликвации углерода, серы и фосфора и понижению расхода стали для пополнения образовавшего- ся объема усадочной раковины. 3. Необеспечение направленного затвердевания в междухолодильнико- вым пространстве и связанное с этим недостаточное питание приводят к раз- витию межденритной пористости в таком пределе, при котором она перехо- дит в усадочную рыхлость и получается связанное с этим понижение пласти- ческих свойств стали в отливке. Внутренние холодильники устанавливаются при сборке формы. В фор- ме холодильники устанавливаются на гвоздях или специальных угольниках, которые вставляются в наколы, выполненные в форме перед ее сушкой. При установке большого количества холодильников в формы они укладываются крест-накрест штабелем, причем плотность укладки их снизу вверх уменьша- ется. Расстояние от поверхности отливки до холодильников должно быть не
менее двух диаметров самих холодильников. Излишне большое количество внутренних холодильников при их не- равномерной укладке приводит к быстрому загустению залитой в форму ста- ли. Результатом этого явления будет появление междендритной пористости. Ржавчина и окалина на поверхности холодильников способствуют об- разованию в отливке газовых раковин, что приводит к полной или частичной несвариваемости холодильников с основным металлом в форме. В результате механическая прочность отливки понижается. Во избежание окисления поверхности холодильников форма после по- становки их должна быть залита не позднее как через 3-4 часа. Сушка формы со вставленными в нее холодильниками не рекомендуется, так как это спо- собствует окислению поверхности холодильников. Материал внутреннего холодильника принимается близким по химиче- скому составу к материалу отливки. В качестве материала для холодильника может приниматься проволока диаметром 6-12 мм прутковая сталь, стружка, гвозди специальные и строительные, обрезки от поковок и проката (при крупных отливках). Перед постановкой холодильника в форму поверхность его должна быть очень хорошо очищена от окалины, грязи, масла и т.д. Стружку, применяемую в качестве холодильника, прокаливают в печи. Для определения веса холодильников можно рекомендовать формулу Ю.А. Нехендзи, основанную на определении разности количества тепла меж- ду толстой (охлаждаемой) и тонкой частью отливки и на приравнивании ее количеству тепла, которое поглощает холодильник [2]:
g x (c x T ) (g 1 g 2) [ c (T ж T з) ]; (g 1
g 2) c x [ c (T ж T з) ] 0,28(g
g 2),
где g х – вес внутреннего холодильника, кг; g 2 – вес толстой (охлаждаемой) части отливки, кг; g 1 – вес тонкой части отливки, кг; с – теплоемкость мате- риала отливки (принимается с = 0,195 ккал/кгоС); Т ж – температура жидкого металла (во время заливки); Т з – температура затвердевания металла (для уп- рощения расчета принимается Т ж – Т з = 100 оС); ω – скрытая теплота затвер- девания (принимается ω = 64 ккал/кг); с х – теплоемкость материала холо- дильника (с х = 0,16 ккал/ кгоС); Δ Т – подъем температуры холодильника за период затвердевания (принимается Δ Т = 1450 оС).
В табл. 82 практические данные о весе холодильников в зависимости от веса отливки. На рис. 189, А приводятся различные способы крепления холо- дильников в форме, на рис. 189, Б – способы охлаждения узлов отливки при помощи разных видов холодильников. Для определения веса холодильника может быть использована диа- грамма, приведенная на рис. 190 [2]. Коэффициент скорости охлаждения ме- талла в узле определяется как отношение веса охлажденного узла к его объе- му. Расчет ведется в дециметрах. Величина веса холодильника, взятая по диа- грамме, является максимально допустимой.
Вес внутренних холодильников, % от веса отливки Таблица 82
Рис. 189. Виды холодильников и методы их крепления: А – способы крепления: а – на круглом крючке; б – на прямом крючке; в – на двух гвоздях; г – на скобе; Б – виды холодильников: а – охлаждение узла прутком на гвоздях; б – охлаждение бобышек гвоздями; в – охлаждение бобышек проволочной спиралью; г – охлаждение бобышек прутком, установленным в знаке
Диаметр холодильника d x выбирается в зависимости от размера охлаж- даемого узла D v в соотношении
d 1 D x 4 y 10 D y
или соответственно 6,25-1,0 % от площади захолаживаемого узла. В тех слу- чаях, когда используются в качестве холодильника спирали с сердечником, руководствуются принципом более рассредоточенного их действия. В этом случае диаметр проволоки спирали d сп определяется по отношению к диамет- ру захолаживающего узла D y по формуле
d сп 15 D y 20 D y,
а диаметр прутка-сердечника d пр – из соотношения
d пр 7 D y 10 D y
или приблизительно dпp = 2 d cп. Соотношения площадей проволоки спирали, прутка и захолаживаемого узла составляют 0,44-0,25 % для спирали и 2,0-1,0 % для прутка.
Рис. 190. Диаграмма для определения веса холодильников
С целью предотвращения понижения механических свойств стали в за- холаживаемой части отливки рекомендуется вес холодильника брать не больше 5 % от веса охлаждаемой части отливки. Для неответственных узлов отливок эта величина может быть повышена до 6-7 %. При изготовлении осо- бо крупных отливок (шаботы и т.д.) вес холодильников может быть увеличен до 10 %. Расположение холодильников может стать причиной ряда дефектов в отливке. Горизонтальные поверхности холодильников могут вызвать газо- вые пузыри и раковины. Располагать холодильники нужно так, чтобы газы, выделяющиеся при соприкосновении расплавленного металла с холодильни- ком, спокойно удалялись и не задерживались в затвердевающем слое металла. На рис. 191 приводятся примеры правильного и неправильного расположения холодильников. При установке гвоздей рядами для захолаживания участков отливок ти- па фланцев толщиной около 30 мм при плохой свариваемости создаются сла- бины, расположенные перпендикулярно к направлению действующих уси- лий, что обычно приводит к образованию трещин. В этом случае лучше ста- вить холодильник в виде рамки. При охлаждении большого вертикального участка холодильники нужно располагать по вертикали, и они должны быть поставлены из круглого железа. На основании опыта Невского завода имени Ленина можно считать целесообразным расположение холодильников по на- правлению питания. Это дает возможность резко сократить образование внутренних пороков в отливках.
Рис. 191. Правильное (справа) и неправильное (слева) положение внутренних холодильников в форме: I – газовые пузыри, образующиеся на горизонтальной поверхности; II – подкорковые гвозди, создающие плоскости «слабины»; III – рамка из круглого железа; IV – холодильники в виде круглого железа, расположенные поперек питания (слева) и в направлении питания (справа)
Расстояние между холодильниками с толщиной проволоки до 6 мм обычно принимается 120-140 мм, для более толстых холодильников – 150-250 мм. Длина прутков толщиной до 6 мм не превышает 300-400 мм, а более толстых 400-800 мм. Наружные холодильники. Эффективность наружных холодильников ниже внутренних, но используются они чаще, благодаря тому, что не нару- шают однородности отливки и не создают опасности образования газовых ра- ковин от окисленной своей поверхности. Внешние холодильники применяются для выравнивания охлаждения узлов, фланцев, полок и т.д. На рис. 192 приводятся примеры охлаждения элементов отливки. На рис. 193 приводится схема комбинированного охлаж- дения крестообразного узла. Размеры холодильников для фланцев и узлов принимаются в соот- ветствии с данными табл. 83. Нетехнологичная конструкция отливки застав- ляет прибегать к частому использованию холодильников. Примером могут служить отливки с крестообразными «термическими узлами»; получить такие отливки без усадочной раковины обычным путем невозможно без переконст- руирования их.
Рис. 192. Расположение наружных холодильников: а – охлаждение фланца дисковым холодильников; б – охлаждение полки кронштейна пла- стинчатым холодильником; в – охлаждение бобышки пластинчатым холодильником; г – охлаждение прямого узла фасонным холодильником; д – охлаждение Т-образного узла двумя фасонными холодильниками; е – охлаждение Т-образного узла пластинчатым холо- дильником; ж – охлаждение Т-образного узла двумя фасонными и одним пластинчатым холодильником
Размеры холодильников для различных узлов отливки Таблица 83
Использование наружных холодильников. Сталь. Применение наружных холодильников позволяет обеспечить направленность затвердевания стали и предупредить образование усадочных явлений и трещин в различных сочленениях стенок и местах скопления ме- талла.
Рис. 193. Схема затвердевания крестообразного узла отливки: а – при применении только металлических холодильников; б – при применении теплоизо- ляционных и холодильных материалов; в – схема дефекта, обнаруженного рентгеном при затвердевании соответственно по схеме а; г – отливка без дефектов
Влияние наружных холодильников на толщину отвержденного слоя стали марки 35Л в зависимости от времени охлаждения можно проследить на рис. 194. Нижняя кривая соответствует затвердеванию в обычной песчаной фор- ме без холодильника; верхняя – затвердеванию в обычной металлической форме; промежуточные соответствуют холодильникам различной толщины. На рис 195 в относительных координатах представлена зависимость размера твердого слоя в утолщении от сечения холодильника. Исследования показывают, что при утолщении, составляющем более 50 % от толщины ос- новной стенки, выровнять время затвердевания при помощи стального или чугунного холодильника в обычной песчаной форме невозможно. Минималь- ные размеры плоских холодильников, служащих для ликвидации обособле- ния жидкого металла при затвердевании утолщений, приведены в табл. 84.
Рис. 194. Кривые затвердевания стали 35Л в форме с холодильниками различной толщины: 1 – песчаная форма без холодильника, К = 1,3; 2 – холодильник толщиной 10 мм, К = 2,0; 3 – холодильник толщиной 30 мм, К = 2,3; 4 – холодильник толщиной 45 мм, К = 2,4; 5 – ме- таллическая стенка, К = 2,5; где К – коэффициент затвердевания см/мин 0,5
Рис. 195. Зависимость скорости затвердевания стали 35Л от толщины холодильника
Наиболее благоприятной формой сечения холодильника является тра- пеция. При этом его охлаждающее действие к краям постепенно снижается и не вызывает резких перепадов температуры в сопряжении поверхностей хо- лодильника и песчаной стенки. Наружные холодильники могут быть прямолинейные круглого, квад- ратного или иного профиля; криволинейные постоянного профиля и фасон- ные переменного профиля. Холодильники из проката используются для тол- стостенных отливок, чугунные – при производстве тонкостенных стальных отливок. Холодильники могут контактировать непосредственно с отливкой (через изолирующий слой краски) или через слой формовочной смеси. При этом холодильники могут быть с регулируемым отбором тепла при помощи прохождения в них воздуха, воды, пара и т.д.
Размеры плоских холодильников Таблица 84
Наряду с металлическими холодильниками используют захолаживаю- щие смеси, которые формируют выступающие части стержней или форм, подверженных интенсивному нагреву заливаемой сталью. В состав смеси входят хромомагнезит, хромит, магнезит, чугунная дробь, металлическая стружка и др. Для стальных отливок рекомендуется определять размеры наружных холодильников из чугуна на основе отношений из табл. 85. Для внутренних холодильников рекомендуются отношения, приведен- ные в табл. 85.
Таблица 85
Если в течение всего процесса заливки формы место расположения на- ружного холодильника промывается жидким металлом, то в подобных случа- ях снижается эффективность действия холодильника. На рис. 196 приведены примеры использования внешних холодильников для ликвидации ряда де- фектов. Чугун. Регулирование скорости охлаждения тепловых узлов отливки производится с помощью внутренних и наружных холодильников. Установка холодильников ускоряет охлаждение тепловых узлов, что необходимо для обеспечения направленного или объемного затвердевания отливки. Ускоряя охлаждение узла, холодильник предотвращает образование в нем усадочной раковины, так как теперь узел успевает пропитаться за счет позднее за- твердевающих частей отливки. Ускорение охлаждения массивных сечений отливок холодильниками, способствуя выравниванию скорости охлаждения, может привести к уменьшению внутренних напряжений, снижению коробле- ния отливки и опасности образования трещин. Наружные холодильники делаются чаще всего из стали, а фасонные от- ливаются из чугуна. Максимальная толщина плоских наружных холодильни- ков обычно не превышает 70 мм, наибольший диаметр крупных наружных холодильников из прутка – 40-45 мм.
Рис. 196. Применение внешних холодильников
При использовании холодильников рекомендуется: - площадь наружных холодильников должна быть меньше площади ох- лаждаемого теплового узла во избежание преждевременного затвердевания прилегающих к тепловому узлу частей отливки, через который поступает жидкий металл от прибыли; - в качестве наружных холодильников можно использовать введение воды в необходимые места верхней полуформы после образования корки за- твердевшего металла; - наружные холодильники должны быть не сплошными, а в виде от- дельных плиток, брусков и т.д. Зазоры между отдельными холодильниками необходимо тщательно заделывать во избежание появления заливов; - масса внутренних холодильников не должна превышать 4,0-4,5 % мас- сы охлаждаемого узла отливки, иначе не произойдет их прочное соединение со сплавом отливки. Расчет различных холодильников (плоских, угловых, внутренних, на- ружных) для различных сталей и чугунов может выполняться в составе авто- матизированной системы «Моделирование объемного и направленного от- верждения».
Контрольные вопросы.
1. Что такое внутренние холодильники? 2. Сформулируйте требования к внутренним холодильникам? 3. Опишите конструктивные типы внутренних холодильников? 4. Способы установки в форме наружных холодильников? 5. Что такое наружные холодильники? 6. Требования к материалу холодильников? 7. Определить массу внутренних холодильников, их тип и размеры? 8. Определить толщину наружных холодильников?
Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 5974; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |