книги / Теория литейных процессов

Такая струя имеет начальный участок, в котором сохраняется скорость, соответствующая начальной при вытекании, и основной участок, в котором даже по оси скорость меньше, чем в начале. Длина начального участка независимо от природы жидкости равна примерно 4,5 диаметра канала, через который струя вытекает. Угол факела - 28° (Б. Б. Гуляев).

Если заполняемый объем невелик (рис. 6.18, б), граница приближается к стенке и при взаимодействии с ней образует возвратное течение. Участок, на котором струя сохраняет ясные границы, является основным. Затем следует участок распада струи и беспорядочного движения с постепенным ее переходом в установившийся турбулентный поток, занимающий все сечение канала.

При падении струи сверху в ограниченное пространство - на жидкую подушку (рис. 6.18, в) - в сосуде небольших размеров картина усложняется еще больше. Вокруг места ее падения возникает вихревое кольцо, дающее начало факелу.

6.7.Расчет истечения металла из ковша и заполнения формы

При истечении металла из ковша со стопорным устройством через отверстие в дне по мере его опорожнения гидростатический напор Я будет уменьшаться, а скорость истечения замедляться.

Для ковша с площадью зеркала металла F и высотой Я в некоторый момент времени г, когда уровень будет равен А, можно написать, что элементарный расход металла равен

где т\ - полное время опорожнения ковша.

Когда истечение жидкости из емкости (ковша или литниковой чаши) происходит при непрерывной добавке жидкого металла, поддерживающей его уровень постоянным, то время истечения Т2 из полного объема емкости сечением F и высотой Я можно определить следующим образом:

Следовательно, время истечения одного и того же объема металла при постоянном его уровне вдвое меньше, чем при переменном уровне.

При заливке из стопорного ковша расход металла задается параметрами литейной формы и должен быть назначен таким образом, чтобы обеспечить

требуемое качество отливки. Площадь сечения стаканчика, через который металл вытекает, будет равна

(6.32)

где d - диаметр стаканчика; р - коэффициент торможения.

Установлено, что при р < 0,5 струя, как правило, вытекает из стаканчика в виде факела. При этом металл разбрызгивается, окисляется и процессом заливки трудно управлять. Для получения ровной компактной струи желательно, чтобы Р > 0,8.

В процессе разливки происходит размывание стаканчика. Однако по мере вытекания металла и увеличения площади отверстия стаканчика уменьшается гидростатический напор. Эти процессы компенсируют друг друга. Наибольшие трудности возникают в начале заливки, когда уровень металла максимальный, площадь стаканчика еще не изменилась и приходится давать максимальное

где d - требующийся диаметр стаканчика, см; Я - высота уровня металла в ковше, см; Q - расход металла, см3/с.

Заполнение полости формы можно рассматривать как истечение жидкости из одного сосуда с постоянным уровнем (литниковая система) в другой с переменным уровнем жидкости (полость формы h на рис. 6.19).

Определим время заполнения формы через литниковую систему и расчетный гидростатический напор Ярасч, зная геометрические параметры литейной формы (рис. 6.19).

Примем следующие допущения:

- металл не содержит частицы твердой фазы и во время заполнения формы образование твердой корки на ее стенках не происходит, следовательно, величина и распределение скоростей в каждом сечении системы не изменяются

втечение всего процесса заполнения;

-заполнение литниковой системы происходит мгновенно, т. е. ее объем мал по сравнению с объемом отливки и отсчет времени начинается с момента ее заполнения;

-уровень металла в литниковой системе поддерживается постоянным.

T Y 7

Рис. 6.19. Схема красчету времени заполнения формы

Отливка состоит из верхней и нижней частей с сечениями FB и Fu и высотами hüи й„. Гидростатический напор обозначим через Я, площадь сечения литника, подведенного сбоку,/

Заполнение нижней части полости формы будет происходить с постоянной скоростью и расходом. Время ее заполнения гн получим делением

где /л - коэффициент расхода литниковой системы.

Заполнение верхней части полости формы будет происходить под

где h - расстояние от уровня подвода литника до поверхности зеркала жидкого

H - f pg ( H - h)

Интегрируя левую часть от 0 до rBзаполнения верхней части формы - и правую от 0 до йв, получим

(6'40’ Общая продолжительность заполнения всей формы будет равна всей

сумме:

Расчетный напор должен обеспечить именно это время заполнения при той же литниковой системе. Следовательно, нужно записать

Общий объем V=Fnhu+FnAu, расчетный расход gpacii = / . я p g H ^ ,

где/ - площадь поперечного сечения узкого канала системы. Таким образом, имеем

11„+г4н{Ан -AH~h.)

Описанный способ расчета литниковых систем является наиболее общим. При некоторых специальных способах получения фасонных отливок расчет литниковых систем проводится исходя из совершенно других соображений, чем рассмотренные. Например, при литье под давлением никакого улавливания неметаллических включений в литниковой системе не предусматривается, поскольку это физически невозможно. Расчет ведут исходя из практических данных о времени заполнения и развиваемых величинах давления. При центробежном литье приходится учитывать постоянство

ускорения, зависящего от радиуса вращения.

6.8.Движение неметаллических частиц в потоке расплава

иих задержание

Неметаллические частицы в отливках можно разделить на две большие группы, хотя такое деление не является общепринятым:

1. Загрязнения, представляющие собой частицы шлаков, флюсов, продуктов разрушения огнеупорных материалов и формы. Размеры таких частиц колеблются от 1 мм до нескольких сантиметров.

2. Неметаллические включения, представляющие собой продукты взаимодействия компонентов сплавов с атмосферой, а также металлических компонентов с неметаллическими примесями. Размеры этих частиц измеряются микронами (в данном параграфе они не рассматриваются).

Неметаллические частицы отличаются по плотности от металлических сплавов и поэтому обладают способностью к самостоятельному движению.

В сплавах на основе железа, меди и титана шлаки, флюсы и окислы всех компонентов легче, чем жидкие сплавы, и их частицы всплывают на поверхность потоков. В сплавах на основе алюминия и магния их окислы

запертыми (рис. 6.21, б и в). Если в каналах литниковой системы образуется свободная поверхность, шлаковые частицы будут транспортироваться по ней в полость формы. Литниковая система, в которой образуется свободная поверхность, называется незапертой (рис. 6.21, а).

подводом литниковых систем

Считается, что для получения запертой литниковой системы необходимо, чтобы каждый последующий элемент имел сечение меньше предыдущего. Более надежно это условие может быть выполнено путем установки на пути жидкого металла порога, обеспечивающего заполнение распределительного канала снизу (рис. 6.21, в).

При литье из легких цветных сплавов, в которых всплывание неметаллических частиц не происходит, основным требованием к литниковой системе является спокойный ввод металла в полость формы. Многие из компонентов (Al, Zn, Si и др.) этих сплавов легко окисляются; их интенсивное перемешивание усиливает окисление. Для обеспечения спокойного заполнения рекомендуется применение незапертых литниковых систем и расширение сечений их элементов от стояка к отливке.

При литье из стали заливка форм производится, как правило, из стопорного ковша. В этом случае шлаковые частицы легко отделяются от металла и не попадают в литниковую систему.

В табл. 6.11 представлены соотношения площадей сечения элементов литниковых систем, рекомендуемые для различных сплавов.

Таблица 6.11

Отношение площадей сечения элементов литниковых систем

______________ для различных сплавов__________ ______________

склонные к окислению

Кроме того, для отделения шлаковых частиц в литниковые системы встраивают специальные устройства. Основным принципом их работы является по возможности резкое снижение скорости потока жидкого металла на ограниченном участке, дающее возможность неметаллическим включениям всплыть и задержаться. Схемы специальных шлакоуловителей приведены на рис. 6.22.

Тормозящие и «поворотные» литниковые системы (рис. 6.22, а) разработаны В. И. Фундатором. Оми представляют собой серию поворотов под углом 90° в распределительном канале с переходом элементов, следующих один за другим из верхней полуформы в нижнюю, и наоборот. Такие повороты являются средством резкого замедления скорости потока.

Рис. 6.22. Схемы специальны х ш лакоуловителей: а - тормозящ ие элементы ; ô - дроссель; в - фильтрующ ая сетка

Дроссельная литниковая система (рис. 6.22, б), разработанная Б. В. Рабиновичем, позволяет осуществить торможение потока на небольшом участке, представляющем собой узкую вертикальную щель, следующую за местным расширением канала. Для площадей элементов дроссельной литниковой системы (стояк - дроссель - шлакоуловитель - литник) рекомендуется следующее соотношение: F CT / F ,ip / F m;l / F im = 1,8/1/1,6/1,04.

Сетки, имеющие форму диафрагм с 3-10 отверстиями, диаметром 5-12 мм устанавливаются на пути потока металла. Такие сетки (рис. 6.22, в) не должны рассматриваться как обычные фильтры, так как размеры их отверстий много больше, чем обычные шлаковые частицы.

В отливках из легких сплавов отделение неметаллических частиц производят до заливки формы. Одним из наиболее надежных средств их отделения является фильтрация сплава при пропускании через слой размельченных материалов с размером частиц порядка 1 мм. В качестве материалов фильтра применяют магнезит и соли галогенов. Фильтрация происходит не столько за счет удерживания крупных частиц при прохождении расплава через каналы малых размеров, сколько за счет прилипания частиц окислов к материалам из фильтра.

Сужающиеся и расширяющиеся литниковые системы. Литниковые системы делятся на два типа - сужающиеся и расширяющиеся (рис. 6.23). В