Определение площадей сечений элементов литниковых систем
Рассчитать литниковую систему, это значит определить сечение всех ее элементов, установить соотношения между ними. Расчет делается приблизительно, т. к. явления, имеющие место в форме при заливке, сложны и многообразны.
Существующие методы расчета литниковых систем основаны на законах гидравлики с использованием данных полученных опытным путем.
Наиболее важной частью расчета литниковой системы является определение времени заполнения формы, т. к. оно в наибольшей степени влияет на качество отливок.
Время заполнения формы в запертых литниковых системах в основном определяется площадью суммарного сечения питателей (литников), как наиболее узким элементом в литниковой системе.
В работе [3] для расчета суммарного сечения питателей предложена формула Озонна-Диттера:
, (1.1)
где G1 - масса заливаемого в форму металла, кг; m – коэффициент расхода (общее гидравлическое сопротивление формы движущемуся расплаву); t – оптимальное время заполнения формы, с; r - объемная масса жидкого металла, г/см3; g - ускорение свободного падения (980 см/с2); НР - расчетный напор, см.
Значения коэффициента m, зависящего от вида сплава и способа формовки, сопротивления формы и способа литья, приведены в работах ряда авторов [1-6].
Значения коэффициента m для запертых литниковых систем, в которых Fст.:Fшл.:Fпит. = (1,6 – 1,4):(1,3 –1,2):1 [3], составляет:
а) для чугунных отливок:
| Заливка | Сопротивление формы | ||
| большое | среднее | малое | |
| Всырую | 0,35 | 0,42 | 0,50 |
| Всухую | 0,41 | 0,48 | 0,60 |
б) для стальных отливок:
| Заливка | Сопротивление формы | ||
| большое | среднее | малое | |
| Всырую | 0,25 | 0,32 | 0,42 |
| Всухую | 0,30 | 0,38 | 0,50 |
Физически обоснованную величину t целесообразно вычислять по формуле
, (1.2)
где С – высота отливки при заливке, см.; V – средняя скорость поднятия уровня металла в форме, см/с.
С учетом выражения (2.2) уравнение (2.1) принимает вид:
. (1.3)
Критерий оптимальности расчета литниковых систем – оптимальная (средняя) скорость поднятия уровня металла в форме (V, см/с) для чугуна и стали приведены в работе [3], для медных и алюминиевых сплавов представлена в работах [3,4] и для магниевых сплавов – в работе [5].
По данным [3] минимально допустимые значения средней скорости поднятия уровня металла в форме составляют:
| Толщина стенки отливки d, mm | V, см/с |
| Чугунные отливки | |
| d > 40,0, а также для всех плоских отливок, отливаемые в горизонтальном положении | 1,0 - 0,8 |
| d=10 - 40 | 2,0 -1,0 |
| d=4 - 10 | 3,0 - 2,0 |
| d=1,5 - 4 | 10,0 - 3,0 |
| Стальные отливки | |
| d > 40 | 0,8 - 1,0 |
| d=10 - 40 | 2,0 - 1,0 |
| d=7 - 10 | 2,0 |
Для алюминиевых и магниевых сплавов А.А. Лебедев предлагает определять начальную скорость подъема уровня сплава в форме Vнач по эмпирической формуле:
, (1.4)
где d – толщина стенки отливки, см. В выражении (1.4) коэффициент 3 выбирается для небольших отливок, имеющих малую высоту; 4.2 – для средних и крупных отливок, большой высоты.
На рис. 5 приведена схема для определения расчетного напора.
Рис. 2.5. Схема для определения Нр при различном подводе металла к отливке
Подставив значения Нр, V и С в формулу (1.3), можно рассчитать SFпит.. Площадь остальных элементов системы определяется из соотношений типа:
а) для тяжелых сплавов:
– для мелких и средних отливок: Fпит.: Fшл.:Fcт. = 1:2:4;
– для крупных отливок: Fпит.: Fшл. – Fcт. =1,0: l,3:1,6 (1,5);
б) для легких сплавов: Fпит.: Fшл.: Fcт.=3:2:1.