Оценка направленности затвердевания

Наиболее корректная оценка направленности затвердевания отливок возможна непосредственно по соотношению (2.7.1) с использованием расчетных значений i_З,1 и i_{З , 2} . Для этого необходимо использовать аналитические или численные методы расчета. Однако такие расчеты трудоемки, а точность получаемых результатов невысока. Поэтому прямой метод оценки направленности затвердевания оправдан при разработке технологии изготовления крупных и уникальных отливок. В большинстве случаев такую оценку выполняют косвенным методом - по значениям приведенных размеров (толщин) соответствующих частей отливок R_i:

R_i = V / F, (2.7.2)

где V и F – соответственно объем (м³) и поверхность охлаждения (м²) рассматриваемой части отливки.

Согласно правилу Н. Хворинова, продолжительность затвердевания отливки пропорциональна квадрату приведенной толщины ее стенки:

i_З = K_З ×(V / F)², (2.7.3)

где К_З – коэффициент пропорциональности, с/м².

С учетом (2.7.3) из (2.7.1) следует эквивалентное соотношение:

R₁ / R₂ ³ 1,05 ×(K_З,2 / K_З,1)^1/2. (2.7.4)

Отношение К_З,2 / К_З,1 отражает влияние конфигурации отливок на продолжительность их затвердевания. Его численное значение можно найти, поскольку при одинаковых приведенных размерах (R₁= R₂) оно численно равно:

K_З,₂ / K_З,1 = [ (t_З,2 / t_З,Ш) / (t_З,1 / t _З,Ш) ]^1/2 = [t_ОTН,2 / t _ОTН,1 ]^1/2, (2.7.5)

где t_OTH,1 и t_{OTH, 2} – продолжительности затвердевания соответствующих частей отливки t_З,1 и t_З,2, отсчитанные относительно продолжительности затвердевания шара t_З,Ш, эквивалентного по приведенному размеру.

Отливки различной конфигурации характеризуются следующими значениями параметра t_{OTH, i} (по Я.И.Шкленнику):

Конфигурация отливки Значение t_{OTH, i}

Плита,54

Брус прямоугольный 1,42

Брус квадратный 1,27

Цилиндр 1,15

Шар 1,00

При сочленениях частей отливок с одинаковой конфигурацией t_OTH,1=t_OTH,2 и K_З,1 /К_З,2 = 1. Поэтому возможность обеспечения направленности затвердевания можно оценить по отношению R₂ /R₁ ³ 1,05. Для прочих вариантов сочленений частей отливок это отношение может быть как больше, так и меньше. Так, для сочленения горизонтального цилиндра с прямоугольным брусом К_З,2 /K_З,1= (1,42 /1,15)^1/2 = 1,11 и R₂ /R₁ ³ 1,05×(1,11)^1/2 = 1,10. При сочленении плиты с цилиндром K_З,2/K_З,1= (1,15/1,54)^1/2 = 0,86 и R₂ /R₁ ³ 1,05 ×(0,86)^1/2 = 0,98.

Обеспечение направленности затвердевания технологическими напусками. Если на отливке имеется тонкое сечение между более массивными частями, то на тонком сечении выполняют технологический напуск, утолщая его до толщины, сопоставимой с толщиной массивных частей. Это означает, что с технологическим напуском толщина этого сечения может быть равна толщине менее массивной части. Или же она может постепенно увеличиваться от толщины менее массивной части до толщины более массивной части (Рис. 2.7.7,а). При этом в уточненной конструкции отливки должно выполняться условие направленности затвердевания.

Если отливка имеет местные утолщения, то используют метод вписанной окружности. Для этого в сечение отливки с местным утолщением вписывают окружность максимального диаметра (Рис. 2.7.7,б). Затем этот круг выкатывают вдоль одной из стенок отливки в направлении к ближайшей прибыли. При этом внешняя граница наращиваемой стенки следует вдоль траектории точек касательной к диаметру выкатываемого круга. При этом в направлении от местного утолщения к прибыли по всем сочлененным частям отливки также должно выполняться условие последовательного затвердевания.

Если отливки имеют протяженные плоские стенки, то технологические напуски выполняют путем одностороннего или двухстороннего наращивания стенок. Технологические напуски существенно увеличивают дистанцию действия прибыли. Дистанция действия прибыли – это максимальное расстояние от ее внешней границы L_П, в пределах которого обеспечивается качественное питание от данной прибыли. При отсутствии технологических напусков в отливках типа бесконечной плиты толщиной So дистанция действия прибыли ограничена и составляет L_П = 2×S_O (Рис. 2.7.8,а). В отливках типа бруса со стороной сечения S_O она еще меньше, L_П = 1,5×S_O (Рис. 2.7.8,б). При технологическом напуске конусностью не менее 3^о дистанция действия прибыли становится практически неограниченной (Рис. 2.7.8,в).

В торцевых частях отливки металл остывает быстрее, поэтому условие направленности затвердевания выполняется полнее. Поэтому за счет торцевогоэффекта прилегающая к торцу часть отливки протяженностью 2,5×S_О формируется без усадочных дефектов. Соответственно дистанция действия прибыли, питающей торцевую часть отливки, увеличивается до L_ПТ = 4,5× S_O для отливок типа плиты (Рис. 2.7.9,а) и до L_ПТ = 30×S_O для отливок типа бруса (Рис. 2.7.9,б). Эффект, эквивалентный торцевому, достигается также при использовании холодильников. Так, для отливок типа плиты дистанция действия прибыли до границы холодильника составляет L_ПХ = 4,5×S_O (Рис. 2.7.9,в). При протяженности отливки превышающей приведенные выше значения для предотвращения образования в них усадочных дефектов необходимо применять технологические напуски в виде утолщений в направлении ближайшей прибыли (Рис. 2.7.9,в-д).

В табл. 2.7.2 и 2.7.3 приведены данные П. В. Василевского о дистанциях действия прибылей при питании стальных отливок типа плиты и бруса.

Обеспечение направленности затвердевания отливок применением различных формовочных смесей. Последовательное затвердевание отливок по направлению к прибыли может быть обеспечено также применением формовочных смесей с различной теплоаккумулирующей способностью. Вместо технологических напусков (или наряду с ними) для этого применяют смеси с высоким значением b_Ф для формовки массивных частей отливок или, наоборот, тонкостенные части отливки формируют в облицовке из смесей с низкой теплоаккумулирующей способностью. Такая возможность обусловлена тем, что продолжительность затвердевания отливок в песчаных формах обратно пропорциальна квадрату коэффициента теплоаккумулирующей способности b_Ф. Поэтому t_З,2 / t_З,1= (b₁/ b₂)².

Из правила Н. Хворинова (см. 2.7.3) следует:

R₂ / R₁ = (K_З,1 / K_З,2)^1/2 (t_З,2 / t_З,1)^1/2.

С учетом этого

R₂ / R₁ = (K_З,1 / K_З,2) ×b₁/b₂,

где b₁ и b₂ – коэффициенты теплоаккумулирующей способности смесей для участков отливок 1 и 2 соответственно, Вт с^1/2/(м ² К).

Допустим, в отливке имеется массивное сечение 1, сочлененное с ним более тонкое сечение 2, которое в свою очередь сочленена с толстой частью отливки 3. Размеры этих частей отливок таковы, что R₃ : R₁ : R₂ = 1,3:1,0: 0,8. По условию направленности затвердевания (2.7.1) отношение приведенных размеров толстой части и массивного сечения должно быть не менее R₃ /R₁= R₃/R₂ × R₂/R₁ =1,05² =1,10. Фактически оно равно 1,3/1,0 = 1,3. Следовательно, необходимо обеспечить выполнение условия (2.7.1) только для сочленения сечений 2 и 1. Для этого тонкое сечение 2 и остальную часть формы будем формовать соответственно из смесей с b_Ф,2 = 1200 и b_Ф,1 = b_Ф,3= 1600 Вт×с^1/2/(м²×К). При одинаковой конфигурации всех сечений имеем:

R₂ / R₁ = 1,05 ×b₂ / b₁ = 1,05 ×1200/1600 = 1,05 ×0,75 = 0,79.

Это означает, что при применении принятых смесей толщина сечения 2 должна составлять не менее 0,79 от толщины сечения массивной части 1. Фактическая относительная толщина 0,8 вполне удовлетворяет этому требованию, поэтому условие направленности затвердевания при применении предложенных смесей обеспечивается полностью. Если же для формовки массивной части использовать хромомагнезитовую смесь с b_Ф,1 = 3700 Вт ×с^1/2 /(м² ×К), то относительная толщина тонкого сечения может быть еще меньше:

R₂ / R₁ ³ 1,05 ×1200/3700 = 0,34

Дата добавления: 2014-01-07