Студопедия

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
x


g 2)

c x


[ c (T ж

 
T


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


Характер отливки Материал холодильников
прутковое железо, обрезки проката гвозди, шпиль- ки, стружка
Мелкие и средние отливки 2-5 4-6
Крупные отливки (шаботы, копровые бабы и т.д.) 5-10 -

 

 

 

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


Вид узла и положение хо- лодильника Размеры узлов, мм Размеры холодильника, мм
а b d Т о Ш
  Прямой узел (рис. 192, г) до 25 свыше 25 до 25 до 25 свыше 25 свыше 25 (0,5-0,8) d у (0,5-0,8) d у (0,4-0,6) d у - - - - - -
  Т-образный узел (рис. 192, д) до 20 до 20 свыше 20 свыше 20 свыше 20 до 20 свыше 20 до 20 (0,5-0,6) d у (0,3-0,4) d у (0,5-0,6) d у (0,3-0,4) d у - - - - - - - -
  То же (рис. 192, е) до 20 до 20 свыше 20 свыше 20 свыше 20 до 20 свыше 20 до 20 - - - - (0,5-0,6) а (0,5-0,6) а (0,6-0,8) а (0,6-0,8) а (2,5-3,0) b (2,0-2,5) b (2,5-3,0) b (2,0-2,5) b
  То же (рис. 192, ж) до 20 до 20 свыше 20 свыше 20 свыше 20 до 20 свыше 20 до 20 (0,4-0,5) d у (0,3-0,4) d у (0,4-0,5) d у (0,3-0,4) d у (0,4-0,5) а (0,4-0,5) а (0,5-0,6) а (0,5-0,6) а (2,5-3,0) b (2,0-2,5) b (2,5-3,0) b (2,0-2,5) b

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


Толщина основной стенки, мм Высота утолщения, % от толщины основной стенки
  37,5  
Толщина холодильников, мм
       
       
       
       
       

 

 

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

Тип сопряжения стенок отливки L-образный Т-образный Х-образный
Диаметр внутреннего холодильника отно- сительно толщины основной стенки, %      

 

 

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?

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Тема: типы литниковых систем. Инженерные методы расчета литниковых систем | Тема: определение габаритов опок и расчет крепления форм
Поделиться с друзьями:


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



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.099 сек.