CC BY
14
f{ Г'ТТгГ: Гг frMffJStPïKP* - 3 (39). 2006
/61
"jç 7 7
ИТЕЙНОЕЁ ПРОИЗВОДСТВО
The calculation dependencies for determination of the main constructive parameters of metal wire for production of slugs of different dimension-type by means of continuously-cyclic casting by frosting are received.
lilil
J
А. М. БОДЯКО, Я. И. ЗИМОНИН, И. А. МЕЛЬНИКОВ, А. А. СУПОНЕВ, Институт технологии металлов НАН Беларуси
РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОДАЧИ МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОР
УДК 621.746.27
Важным элементом технологической оснастки при литье намораживанием является литниковая система, которая обеспечивает сифонный подвод металла к кристаллизатору (рис. 1). Литниковая система состоит из металлопровода 1 и стакана 2, соединяющего металлопровод с кристаллизатором. Металлопровод представляет собой металлический кожух, в котором при помощи песчано-жидко-стекольной смеси выполнены заливочная чаша, наклонный, горизонтальный и вертикальные каналы, посадочное место для соединительного стакана. Для обеспечения бесперебойной подачи металла в кристаллизатор при небольших потерях температуры протяженность каналов литниковой системы должна быть минимальной. При этом длина наклонного канала зависит от высоты кристаллизатора, длина вертикального канала — от толщины футеровки и глубины посадочного гнезда под стаканчик. Диаметр литниковых каналов выбирают из расчета обеспечения необходимого расхода металла. Минимальный размер каналов находят из условия заполнения кристаллизатора расплавом в начальный момент процесса за 5—10 с в зависимости от геометрических размеров и массы отливки.
Принципиальная схема литья намораживанием с точки зрения гидродинамики представляет собой два сообщающихся сосуда: кристаллизатор и заливочную чашу, соединенные между собой литниковым каналом. Извлечение отливки создает перепад и колебание уровней металла в кристаллизаторе и заливочной чаше. Для
устранения этого явления в канал литниковой системы со стороны заливочной чаши вставляют лимитирующий элемент (так называемый дроссель), который уменьшает проходное сечение канала. Однако он увеличивает время заполнения кристаллизатора расплавом. Небольшие сечения отверстия лимитирующего элемента и каналов металлопровода обусловливают медленное заполнение кристаллизатора, что приводит к разно-стенности отливки по высоте и увеличению припусков на механическую обработку по внутренней поверхности.
Рис. 1. Принципиальная схема непрерывно-циклического литья полых заготовок без стержня: 1 — металлопровод; 2 — соединительный стакан; 3 — стационарная часть кристаллизатора; 4 — подвижная часть кристаллизатора (захваты); 5 —
отливка
62
irmm rr кттт ггг:г?
I 3 (39). 2006 -
Во избежание появления в верхней части литой заготовки глубоких спаев и неслитин, образующихся при отрыве сформированной отливки от зеркала расплава, высота столба жидкого металла в кристаллизаторе после извлечения отливки и одновременного перетекания металла из заливочной чаши должна быть не ниже 2—5 мм относительно верхнего торца втулки стационарного кристаллизатора.
Требуемый уровень металла в кристаллизаторе обеспечивают геометрические параметры заливочной чаши. При относительно большом объеме чаши при литье заготовок малого диаметра после извлечения отливки может произойти перелив металла через верхний торец кристаллизатора, что не допустимо. При использовании металлопровода с заливочной чашей меньше требуемого объема процесс разливки может осуществляться, но колебание уровня металла в кристаллизаторе приводит к повышенному браку отливок по неслити-нам, особенно в верхней части заготовки.
Таким образом, на стабильность процесса литья и качество получаемых заготовок влияют геометрические параметры заливочной чаши, диаметр отверстия лимитирующего элемента и каналов металлопровода.
Целью настоящих расчетов является определение оптимального сечения отверстия лимитирующего элемента, геометрических размеров заливочной чаши и каналов металлопровода. Предложенный вариант расчета геометрических размеров литниковой системы представляется более простым и универсальным, чем известные ранее.
Для определения размеров сечения лимитирующего элемента аУ1 исходим из неразрывности потока металла при заполнении кристаллизатора. Площадь сечения лимитирующего элемента литниковой системы ^ рассчитываем следующим образом [1]:
^птп
(1)
S, =
№pgHp'
масса заливаемого в
5,=
WfigH р
(2)
Время перетекания расплава из чаши в кристаллизатор определяется из выражения [2]:
Нотп -Я
-1
S7dh
I Sl»M '
(3)
где *У2 — площадь поперечного сечения заливоч-
п2 ч - 2 и
ной чаши; п ~~~2По™ — уровень металла в А
кристаллизаторе после извлечения отливки.
Интегрируя выражение (2) в пределах 0 и Я —Я, получаем:
t =
25,
W^V D\
D\~Dl И -/70ТЛ ,
(4)
где D, D, H
соответственно наружный,
внутренний диаметры и высота отливки.
Для определения минимальной площади заливочной чаши 52 . решаем совместно уравнения (2) и (4):
S j min =
kD,
(Dl-Dl)
н„
Hr
(5)
где Сотл = р^ [о2 - )н0ТП
кристаллизатор металла, равного объему отливки; р — плотность жидкого металла; ? — оптимальное время заполнения металлом кристаллизатора; =0,5—0,6 — коэффициент расхода металлопровода; g - ускорение свободного падения; Яр — заданная равновесная высота уровня металла в кристаллизаторе и чаше, которая устанавливается после извлечения отливки и перетекания металла без долива новой порции. Равновесная высота уровня металла Яр определяется с учетом уровня металла в подвижном кристаллизаторе, который формирует верхнюю часть отливки. Этот уровень обычно составляет 15— 20 мм, поэтому равновесную высоту металла Яр в кристаллизаторе и чаше принимают Яр=Яотл—20.
Окончательно площадь сечения лимитирующего элемента ^ литниковой системы равна:
Необходимо учитывать то, что площадь сечения чаши должна быть минимальной, но в то же время достаточной для подъема уровня металла на требуемую высоту Яр.
Глубина заливочной чаши должна выполняться таким образом, чтобы после извлечения отливки и перетока жидкого металла из чаши в кристаллизатор отверстие лимитирующего элемента не открылось, так как при этом происходит его ошлакование и изменение первоначальных размеров, что приводит к нарушению режима заполнения кристаллизатора. Эта глубина выбирается из следующего условия [3]:
А2-£>9 Я > —-— Я
** ц — 2 отл
(6)
А
Каналы металлопровода выполняются из пес-чано-жидкостекольной смеси с низкой теплопроводностью, а площадь их поперечного сечения зависит в основном от геометрических параметров отливки и выбирается из условия [3]:
53 = (2-10)5!. (7)
В качестве примера выполним расчет размеров литниковой системы для литья маслотных заготовок из серого чугуна для уплотнительных колец диаметром 205 мм пропашных тракторов Т-150 (отливка №1) и заготовок гильз пневмокомпрессора А-29 трактора «Беларус» (отливка №2). Конструктивные параметры литниковой системы приведены ниже.
лгтггГ; г: мтпглгп'А /со
- 3 (39). 2006/ U U
Номер отливки Di, мм Di, мм Н, мм S1, мм2 d\t мм ММ2 d2, мм 5з, мм2 ¿/з, мм Нч мм
1 217 175 215 575 25 11475 120 1500 43 75
2 86 68 235 170 14,5 1900 50 900 35 92
Рис. 2. Процесс непрерывно-циклического литья намораживанием
Рис. 3. Охлаждение отливки на воздухе
Процесс литья (рис. 2) при указанных параметрах металлопровода протекал стабильно, колебание уровня металла в кристаллизаторе не наблюдалось, неслитин в отливках не установлено. Разностей составляет до 2 мм, что находится в рамках допустимого (рис. 3).
Таким образом, приведенный расчет позволяет определить оптимальные конструктивные параметры металлопровода, обеспечивающие стабильность процесса литья и высокое качество получа-
емых заготовок различного типоразмера при непрерывно-циклическом литье намораживанием.
Литература
1. Марукович Е.И., Стеценко В.Ю. Повышение качества отливок при литье направленным затвердеванием // Литье и металлургия. 2005. №2. С. 78-81.
2. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справ. М.:Энергоиздат, 1980.
3. Анисович Г.А., Бевза В.Ф., Мазько B.C. Расчет металлопровода для подачи металла в кристаллизатор // Becni Акадэми навук БССР. Сер. ф1з.-тэхн. навук. 1985. № 4. С. 48-50.
