Определение размеров прибыли

M 1,0 1,03 1,05 1,10 1,15 1,20

Коэффициент конфигурации прибыли рассчитывают по объему V_ПР и эффективной поверхности ее охлаждения F_ПР,ЭФ:

x _ПР = (F_ПР,ЭФ)³ / (V_ПР)². (2.7.28)

При расчете x _ПР все размеры прибыли выражают через диаметр или ширину ее основания D_ПР. При этом используют наиболее рекомендуемые для стального литья соотношения высоты прибыли к диаметру ее основания Н_ПР/D_ПР:

для закрытых прибылей H_ПР/D_ПР = 1,20 ¸1,25;

для открытых прибылей H_ПР/D_ПР = 1,8 ¸ 2,0.

При количественной оценке эффективной поверхности охлаждения прибыли F_ПР,ЭФ из расчета исключают площадь ее стыка с отливкой. Вместе с тем для открытых прибылей площадь верхней поверхности, наоборот, увеличивают. При этом ее эффективная площадь F_ЭФ связана с геометрической площадью F_Г следующим соотношением:

F_ЭФ = F_Г × K_И,

где К_И - коэффициент интенсивности тепловых потерь излучением, величина которого увеличивается с повышением тугоплавкости сплава:

Род сплава: Стали Cu сплавы Al и Mg сплавы

Значение К_И: 3 1,5 1

Использование этого коэффициента позволяет учесть ускорение тепловых потерь через верхнюю поверхность прибыли за счет излучений.

С учетом изложенного для закрытой цилиндрической прибыли имеем:

x = [n × D_ПР ×1,25 ×D_ПР + (n ×D_ПР ² / 4)] ³ / [(n ×D_ПР ² / 4) ×1,25 ×D_ПР ] ² = 108

Для открытой цилиндрической прибыли при К_И = 3 имеем:

x = [ n ×D_ПР ×2,0 ×D_ПР + K_И ×(n ×D_ПР ² / 4)] ³ / [(n ×D_ПР² / 4) ×2,0 ×D_ПР] ² = 260

Эффективная приведенная толщина теплового узла отливки R_ЭТУ равна:

R_ЭТУ = V_ТУ / F _ЭТУ; (2.7.29)

где V_ТУ – объем металла в тепловом узле, м³;

F_ЭТУ – эффективная поверхность охлаждения теплового узла, без учета площади стыка массивной части с остальными частями отливки и площади стыка отливки с прибылью, м².

Коэффициент неидентичности конфигураций отливки и прибыли Y представляет собой безразмерный коэффициент, учитывающий различные варианты сочетания конфигураций отливки и прибыли и позволяющий численно оценить разновременность их затвердевания при равновеликих приведенных размерах. Так, если продолжительность затвердевания отливки в виде шара принять за единицу, то отливки различной конфигурации при таком же приведенном размере будут иметь следующую относительную продолжительность затвердевания t _ОТН:

Конфигурация отливки t _ОТН

Плита бесконечная 1,54

Брус прямоугольный 1,42

Брус квадратный 1,27

Цилиндр 1,00

Шар 1,00

Прибыль цилиндрическая закрытая 0,95

Коэффициент Y представляет собой отношение значений относительной продолжительности затвердевания для конфигурации термического узла и прибыли:

Y = t_{ОТН, ТУ} / t _{ОТН, ПР}.

Так, если отливка типа плиты питается цилиндрической прибылью, то Y= 1,54 / 0,95 = 1,62. Для случая питания цилиндрической отливки такой же прибылью Y = 1,00 / 0,95 = 1,05.

Коэффициент неидентичности условий охлаждения металла в прибыли и отливке Z учитывает различие в интенсивности отвода теплоты с поверхностей раздела прибыль-форма и отливка-форма и численно равен:

Z = q _ПР / q _О,

где q _ПР и q _О – удельные тепловые потоки через границы раздела прибыль-форма и отливка- форма соответственно, Дж / (м² × с).

При литье в песчаные формы отношение тепловых потоков можно заменить отношением коэффициентов теплоаккумулирующей способности формовочных смесей, из которых выполнены стенки формы для прибыли и отливки:

Z = b _Ф,ПР / b _Ф,О.

При изготовлении всей формы из единой смеси b_Ф,ПР = b_Ф,О и Z = 1.

В случае оформления полости прибыли теплоизолирующими вкладышами b_Ф,ПР < b_Ф,О и Z < 1. Так, вкладыши из теплоизолирующих смесей с асбестовой крошкой или древесной стружкой обеспечивают снижение b_Ф до 940 Вт×с^1/2/(м²×К). При этом, если форма изготовлена из песчано-глинистой смеси с коэффициентом b_Ф = 1600 Вт ×с^1/2/(м² ×К), то Z = 940/ 1600 = 0,60. Если же форма изготовлена из хромомагнезитовой смеси с b_Ф = 3700 Вт с^1/2 / (м² К), то Z = 940 /3700 = 0,25.

При применении для тех же целей экзотермических вкладышей из-за его разогрева после начала воспламенения экзотермической смеси теплота от металла в прибыли отводится все меньше и меньше, т.е. q _ПР ® 0 и Z ® 0. В предельном варианте, согласно уравнению (6.2...), V_ПР = 3 × b ×V_ПИТ. Это означает, что практически весь расплав из прибыли (почти 2/3 его объема) уйдет на компенсацию усадки исходного металла в полости отливки и прибыли. Но в этом случае существенно уменьшается металлостатический напор и качество питания отливки становится недостаточным. Кроме того, с увеличением диаметра прибыли роль экзотермического вкладыша ослабевает и при диаметре прибыли свыше 400 мм экзотермические прибыли по эффективности приближаются к теплоизолированным. С учетом изложенного для гарантии качественного питания отливок принимают Z= 0,20 ¸ 0,50. При этом нижнее и верхнее значения Z необходимо применятьпри расчетахсоответственно небольших и крупных прибылей.

В кокильном литье отношение тепловых потоков можно заменить отношением коэффициентов теплопередачи:

Z» a _ПР / a _О,

где a _ПР и a _О – коэффициенты теплопередачи через стенки кокиля, контактирующими соответственно с прибылью и отливкой, Вт/(м² × К).

С учетом того, что рабочую поверхность кокиля покрывают тонкой краской, а поверхность прибыльной части – более толстой и менее теплопроводной краской, то аналогично с (6.17) имеем:

Z = (X_КР,О/l_КР,О + X_К,О/l_К,О) / (X_КР,ПР/l_КР,ПР + X_К,ПР/l_К,ПР), (2.7.30)

где X_КР,О и X_К,О – соответственно толщина краски на рабочей поверхности и толщина стенки основной части кокиля, м;

X_КР,ПР и X_К,ПР - соответственно толщина краски и толщина стенки в прибыльной части кокиля, м;

l_КР,О и l_КР,ПР – соответственно теплопроводности красок для рабочей и прибыльной поверхностей кокиля, Вт/(м×с);

l_К,О и l_К,ПР – соответственно теплопроводности материалов кокиля для его основной и прибыльной частей, Вт /(м×с).

Толстые слои краски плохо удерживаются на поверхности кокиля, поэтому возможности уменьшения Z за счет увеличения толщины краски X_КР,ПР ограничены. Вследствие этого в кокильном литье полость прибыли часто выполняют при помощи песчаных стержней. При этом принимают Z» 1/3, поскольку в песчаных формах стальные отливки затвердевают примерно в три раза медленнее, чем в металлических.

Объем металла, питаемого прибылью V_ПИТ, равен объему всей зоны питания от данной прибыли. По массе этот объем металла равен массе питаемой части отливки, которая в свою очередь имеет объем V_ПЧО. Поэтому значение V_ПЧО, определяемое по чертежу отливки, связано с величиной V_ПИТ следующим соотношением:

V _ПИТ = М_ПЧО / r_Ж = V_ПЧО × r_Т / r_Ж » V_ПЧО ×(1+3×e _Л), (2.7.31)

где М_ПЧО – масса питаемой части отливки, кг;

r_Т и r_Ж – плотность металла в твердом и жидком состояниях, кг/м³;

e _Л – коэффициент линейной усадки отливки.

Методика расчета прибыли с использованием формулы (2.7.27) получила признание как методика Р. Намюра – Я. Шкленника.

Кейн предложил для расчета объема прибыли упрощенную формулу:

V_ПР = {[ 0,12 / (R_ПР / R_О) – 1] + b } V_О, (2.7.32)

где R_ПР – приведенный размер прибыли, м.

Строго говоря, непосредственно рассчитать объем прибыли по формуле Кейна нельзя, т.к. в нее входит неизвестный параметр R_ПР. Но можно выйти из положения, приняв в соответствии с условиями направленности затвердевания (2.7.1) и (2.7.3) отношение R_ПР / R_O = 1,1.

Мак – Адамом предложена еще более простая формула для расчета объема прибыли:

V_ПР = a ×R_О³ + b ×V_О, (2.7.33)

где R_О – приведенный размер отливки, м;

a и b – коэффициенты, зависящие от условий питания отливки и объемной усадки сплава:

a = 100 (для верхней прибыли);

a = 200 (для боковой прибыли);

b = 1/6» 0,15.

Недостатком метода Мак-Адама является отсутствие в расчетной формуле параметров, учитывающих конфигурацию прибыли.

Размеры прибылей определяют по рассчитанному объему прибыли V_ПР с учетом принятых соотношений между диаметром D_{П Р} и H_ПР высотой прибыли.

Для закрытых цилиндрических прибылей при H_ПР = 1,25 D_ПР диаметр прибыли связан с его объемом соотношением:

V_ПР = (n ×D_ПР² / 4) ×H_ПР = (3,14 × D_ПР² / 4) ×1,25 × D_ПР = 0,98 × D_ПР³.

Отсюда находим:

D_ПР = 1,01× (V _ПР) ^1/3;

H_ПР = 1,25 × 1,01× (V_ПР)^1/3.

Для открытых цилиндрических прибылей при H_ПР = 2,0 × D_ПР соответственно имеем:

V_ПР = (n ×D_ПР² / 4) ×H_ПР = (3,14 ×D_ПР² / 4) ×2,0 ×D_ПР= 1,57×D_ПР³;

D_ПР = 0,86 × (V_ПР)^1/3;

H_ПР = 2,0 ×0,86 × (V_ПР)^1/3.

Для боковых закрытых цилиндрических прибылей принимают большее значение отношения высоты к диаметру: Н_ПР=1,5×D_ПР (обусловлено это тем, что боковые прибыли охлаждаются и с донной части). В данном случае имеем:

V_ПР = (n ×D_ПР²/ 4) ×H_ПР = (3,14 ×D_ПР² / 4) ×1,5 ×D_ПР = 1,18 ×D_ПР³;

D_ПР = 0,95× (V_ПР)^1/3;

H_ПР = 1,5 × 0,95 ×(V_ПР)^1/3_.

При этом в соответствии с условиями (6.3) приведенный размер шейки боковой прибыли R_Ш и ее диаметр D_Ш рассчитывают по соотношениям:

R_Ш = 1,05 R_ЭТУ;

D_Ш = 4,2 R_ЭТУ,

а длину шейки находят по эмпирической формуле: L_Ш = 0,2 D_ПР.

При стыковке боковой прибыли с питаемой частью отливки необходимо разместить ее по высоте так, чтобы дно боковой прибыли было ниже дна шейки на величину h_ПР =(0,10 ¸0,12) ×D_ПР.

Для призматических прибылей ширина прибыли D_ПР равна толщине отливки в месте их стыка S_O,СТ. Последняя может быть равна номинальной толщине отливки (по чертежу) или больше нее на величину технологического напуска. Объем призматической прибыли равен произведению ее ширины D_ПР, высоты H_ПР и длины L_ПР: V_ПР = D_ПР ×Н_ПР ×L_ПР. Отсюда с учетом принятых соотношений между высотой и толщиной прибыли находим:

для закрытой прибыли - D_ПР = S_О,СТ;

H_ПР = 1,25 ×S_О,СТ;

L _ПР = V_ПИТ / (1,25 ×S _О,СТ²)

для открытых прибылей - D_ПР = S_О,СТ ;

H_ПР = 2,0 ×S_О,СТ;

L_ПР = V_ПИТ / (2,0 ×S_О,СТ² ).

2.9. Формирование неметаллических включений и газовых дефектов и их влияние на качество стальных отливок.

2.10. Формирование напряжений в стальных отливках и условия для коробления и образования в них трещин.

Дата добавления: 2014-01-07