Расчет литниковой системы для отливок из разных сплавов.

Конструкция литниковой системы зависит от сплава, размеров и конфигурации отливки. На практике при выборе типа литниковой системы и определении сечения элементов системы для той или иной отливки используют накопленный опыт изготовления подобных отливок. Иногда после изготовления первой партии отливок появляется необходимость внесения поправок в конструкцию и размеры литниковой системы.

Рассчитать литниковую систему — это значит определить сечения всех ее элементов, установить соотношение между ними. Расчет делается приближенно, так как явления, имеющие место в форме при заливке расплава, сложны и многообразны, и поэтому практически не удается учесть все факторы, влияющие на заполнение формы расплавом. Существующие методы расчета литниковых систем основаны на законах гидравлики с использованием данных, полученных опытным путем.

Литниковые системы для серого чугуна. Наиболее подробно разработаны и используются в производстве методы расчета литниковых систем для отливок из серого чугуна. Для этих отливок применяют обычно заполненные литниковые системы, обеспечивающие спокойную заливку форм и задержание шлака. На основе уравнения расхода при истечении жидкости из сосуда можно определить суммарную площадь поперечного сечения питателей

(13)

где

G — масса отливки сприбылями, г;

ρ — плотность расплава, г/см³;

t — продолжительность заполнения формы, с;

v — скорость истечения расплава, см/с.

Скорость истечения расплава определяется величиной напора, H:

отсюда: (14)

(15)

Принимая плотность чугуна r = 7 г/см³, ускорение свободного падения g = 980 см/с и массу отливки с прибылями G, кг, выражение (15) можно привести к виду

(16)

где μ — коэффициент расхода, который характеризует общее гидравлическое сопротивление формы движущемуся расплаву;

Н_р — статический напор, см.

Напор расплава над питателями H (рис. 113) действует при заполнении части отливки, расположенной ниже питателей. Если обозначить общую высоту отливки через С и часть, которая располагается выше плоскости разъема, через Р, то нижняя часть отливки будет равна разности (С—Р).

Процесс заполнения формы состоит из двух фаз: заполнения нижней части (С—Р) до уровня питателей и заполнения верхней части Р — над питателями.

При расчете действительного статического напора доля участия полного напора H, действующего в первой фазе заполнения, может выразиться отношением высоты нижней части отливки к общей ее высоте (С— Р)/С.

В начале второй фазы действует напор H, а в конце (H—Р). Следовательно, действующий напор во второй фазе H—(Н—Р) = = Н—Р/2.

Общий напор

или

(17)

Для сифонной заливки для заливки сверху

в щелевой питатель или в прибыль

Коэффициент μ учитывает гидравлические потери при движении расплава в каналах литниковой системы и в форме Потери напора зависят от трения металла о стенки каналов и формы (т. е. от сечения и длины каналов и состояния их поверхности), вязкости самого металла, сопротивления воздуха, заполняющего полость формы, образующихся в форме газов и др. Практически для тонкостенных сложных отливок коэффициент , для крупных отливок со стенками большой толщины

Продолжительность заполнения формы определяют в зависимости от массы отливки по формуле

(18)

где

s — коэффициент, характеризующий толщину стенки отливки; G — масса отливки с литниками.

По практическим данным коэффициент следует принимать в следующих пределах:

Подставив найденные по формулам (17) и (18) значения Н_р и t в формулу (16), определим суммарную площадь поперечного сечения питателей . Площадь поперечного сечения остальных элементов системы найдем по соотношениям, установленным на основе практических данных Ниже приведены соотношения для заполненных систем отливок из серого чугуна:

для мелких отливок

для средних и мелких отливок

Например, из последнего соотношения найдем площадь сечения:

шлакоуловителя

стояка

Суммарная площадь сечения питателей и диаметр стояка для средних чугунных отливок могут быть определены по номограмме Б. В. Рабиновича (рис. 114) в зависимости от массы отливки и принятой скорости заполнения формы. Скорость заполнения зависит от внутреннего сопротивления формы, т. е. от толщины стенок. Для сложных отливок с тонкими стенками применяют быструю заливку, для простых отливок с толстыми стенками — медленную. Например, для тонкостенной отливки (быстрая заливка) массой 90 кг суммарное сечение питателей ∑F_пит =1000 мм²=10 см², диаметр стояка F_CT = 35мм.

Для средних и крупных чугунных отливок литниковую систему можно рассчитывать по номограмме К. А. Соболева (рис. 115). ∑F_пит определяют в зависимости от массы отливки G, внутреннего сопротивления формы и гидростатического давления Н_Р. Номограмма разделена по вертикали на две части.

В правой части по горизонтальной оси откладывается масса отливки G, в левой -части — ∑F_пит. Наклонные линии в правой части номограммы характеризуют толщину стенки (δ = 3…50 мм), в левой части расчетный напор Н_р. Например, для отливки массой 1000 кг (показано стрелкой) с толщиной стенки δ=15 мм при расчетном напоре Н_р = 60см, ∑F_пит =15 см², если внутреннее сопротивление формы мало; при среднем сопротивлении ∑F_пит = 19,5 см²; при большом сопротивлении ∑F_пит =22,5 см². Сечение остальных элементов системы определяют по принятому соотношению.

Рис. 114. Номограмма Б. В. Рабиновича для определения диаметра основания стояка dн в зависимости от массы G отливок и скорости заливки формы: 1—быстрой; 2—средней; 3—медленной

Форму сечения и число питателей устанавливают по чертежу в зависимости от толщины стенок отливки. Высота стояка должна обеспечивать минимальный избыточный напор расплава. При недостаточной высоте стояка, т. е. при недостаточном напоре, форма может не заполниться. Минимальный напор расплава (рис. 116) можно определить по формуле

H_min= H_ст – С

где H_ст — высота стояка; С — высота отливки над питателями

Рис. 116. Схема для определения минимальной высоты стояка

Рис. 117. Типовая литниковая система для отливок из ковкого чугуна: 1—литниковая воронка; 2—стояк; 3—металлоприемник; 4—фильтровальная сетка; 5—зумпф; 6—литниковый ход; 7—питающая бобышка; 8—канал, соединяющий бобышку с отливкой

По данным В. И. Фундатора, угол α подъема стояка над верхней поверхностью отливки зависит от расстояния L от стояка до верхней точки отливки и толщины стенки, т. е. от внутреннего сопротивления формы (табл. 21).

Таблица 21. Значение угла α, градус, в зависимости от толщины