Расчет холодильников

Для устранения термических узлов и обеспечения направленного затвердевания применяют внутренние и наружные холодильники. Внутренние холодильники применяют в виде скоб, костылей, спиралей решеток, ежей и др. конструкций. Схемы их установки представлены в работе [1].

Элемент формы, применяемый для ускорения затвердевания тепловых узлов отливки, выполненный из материала с большим коэффициентом аккумуляции тепла, чем у основного, называется наружным холодильником. Схемы их установки также показаны в работе [1).

Расчет массы внутреннего холодильника проводят следующим образом.

В захолаживаемый узел вписывают окружность и увеличивают ее диаметр на 10 - 15%. Далее определяют объем и массу одного погонного метра протяженности узла. Масса холодильника для стальных отливок составляет 4-7 % от массы питаемого узла. По таблицам [1] в зависимости от массы одного погонного метра прутка (проволоки) холодильника и его конструкции выбирают параметры холодильника. Длину (высоту) холодильника выбирают по размеру питаемого узла.

Диаметр холодильника типа костылей и скоб принимается равным 0, 2 D, где D- диаметр вписанной в термический узел окружности.

Пример расчета внyтpeннeгo холодильника.

Необходимо установить холодильник в цилиндрическую стенку отливки диаметром 30мм. Вписанная в узел окружность имеет тот же размер. Увеличим на 10 %, теперь диаметр вписанной окружности составит 33 мм.

Определим объем и массу питаемого узла, приняв его протяженность 1м.

L∙ ρ или т;

Определим массу холодильника (4 % от массы узла)

G_x = 0, 0059 0, 03 1000 = О, l77кг;

По таблице 4.3. [1] выбираем спиральный холодильник.

Ближайший по Массе холодильник 0, 159 кг. Его параметры: диметр спирали - 26мм; диаметр проволоки 3мм; шаг спирали -15мм.

Толщину плоских, фасонных или круглых наружных холодильников выбирают в зависимости от толщины захолаживаемой стенки (см. табл.4.4 [1].

Пример 1. Рассчитать литниковую систему для стальной отливки «Ведущее колесо» массой 114, 1 кг. Масса прибыли 25, 2 кг; преобладающая толщина стенок 22 мм; количество отливок в форме – 1 шт. Первоначальный напор Н_о = 24 см; высота верхней точки над уровнем питателя Р = 18, 6 см; высота отливки С = 28, 6 см. Заливка производится из поворотного ковша углеродистой сталью следующего химического состава: 0, 34–0, 40 %С; 0, 25–0, 50 %Si; 0, 6–0, 9 %Mn; не более 0, 06 %Р; не более 0, 04 %S. Температура заливки 1530 ^оС.

Приняв массу литников 6 % от массы отливки с прибылью, получаем (114, 1+25, 2)∙ 0, 06 = 8, 4 кг. Масса жидкого металла, заливаемого в форму, будет равна 114, 1+25, 2+8, 4 = 147, 7 кг.

Оптимальное время заливки равно

с.

Средняя скорость подъема уровня металла в форме V_cр = 286/20, 7 = 13, 8 мм/с. Такая скорость для отливок с толщиной стенки более 10 мм вполне допустима.

см.

Определим суммарную площадь питателей (узкое место)

см².

Плотность стали принята равной 7 .

Зададимся соотношением площадей элементов литниковой системы

0

тогда см²; см², отсюда диаметр стояка внизу равен 45 мм.

Пример 2. Рассчитать литниковую систему для стальной отливки «Торцевая крышка» массой 13400 кг. Масса прибылей 4000 кг; преобладающая толщина стенок 80 мм. Заливка формы намечается из стопорного ковша емкостью 30 т со средним диаметром Д_к = 1, 75 м. Напоры в ковше: = 190 см; Н₂ = 25 см; = 248 см; = 50 см. Отливка заливается из углеродистой стали 35Л, температура заливки 1520 ^оС. Из одного ковша заливается одна форма, заливка осуществляется без торможения струи. Высота отливки 1980 мм.

Принимаем массу литников приближенно равной 3 % от массы отливки с прибылями, т. е. равной 522 кг. Масса жидкого металла, заливаемого в форму, равна 17922 кг.

с.

Средняя скорость подъема уровня металла V_ср= 1980/146 = 13, 6 мм/с, что для данной отливки вполне допустимо.

м.

м^1/2; Н_ср =1, 311 м.

Принимаем =1, 06, тогда

дм²=41, 4 см²_.

Принимаем два стопорных отверстия диаметром по 50 мм, фактическая площадь которых составляет см².

Рассчитаем площади сечений питателей для начального и конечного периода заливки формы.

см²;

см²

(здесь для конца заливки формы значение коэффициента размыва стаканчика принято = 1, 12; h_к = -10 = 40 см; h_н = -10 = 238 см). Из двух значений выбираем большее, т.е. 84, 1 см². Площади сечений стояка и литникового хода определяем с учетом соотношений = 1: 1, 15: 1, 3.

см²; см².

Пример 3. Рассчитать общую площадь сечения питателей для стальной отливки с преобладающей толщиной стенки 16 мм. Масса жидкой стали, заливаемой в форму, равна 1000 кг. Металл подводится по разъему формы на половину высоты отливки; = 550 мм; = 380 мм; С = 340 мм; Р = 170 мм. Диаметр ковша D _к = 180 см. Диаметр стаканчика d_ст = 40 мм.

Расчет для заливки без торможения струи

c; V_ср =340/37, 8=9 мм/с.

Такая скорость вполне допустима для данной отливки. Примем, что S ₁ может изменяться от 1, 4 до 1, 6, тогда

35, 2 с.; 40, 2 c.

(Н_ср)₁ = 130, 3 см.

(Н_ср)_посл = 88, 5 см.

Понижение уровня стали в ковше при заполнении одной формы равно

см.

Количество заливаемых форм будет равно N = (130, 3-88, 5)/5, 6+1 = 8.

Определим начальный и конечный напоры и при заливке первой формы. Запишем уравнения (1.8) и (1.10)

;

Решив эту систему уравнений, находим

см;

см.

Выполним расчет площади сечения питателей для начального и конечного моментов заливки первой формы

см²,

см².

Из двух значений выбираем большее, т.е. ω _пит = 42, 0 см², тогда

ω _шл = 42· 1, 15 = 48, 3 см²; ω _ст.н = 42· 1, 3 = 54, 6 см².

Расчет для заливки с торможением струи

см²,

ω _шл = 26, 8· 1, 15 = 30, 8 см²; ω _{ст. н} = 26, 8· 1, 3 = 34, 8 см².

Н _р = 50-17²/(2· 34) = 45, 8 см.

По формулам (1.17), (1.19) и (1, 20) рассчитываем начальный и конечный уровни сплава в ковше при заливке последней формы

()_посл = 50· (0, 47· 26, 8/(0, 8· 1· 12, 6))²=78, 6 см.

()_посл = 33 (0, 47· 26, 8/(0, 8· 1· 12, 6)) ²=51, 9 см.

()_посл = 51, 9+5, 6=57, 5 см.

Из двух значений выбираем большее; ()_посл=78, 6 см.

Уровни сплава при заливке первой формы определяем по уравнениям

= 1, 69 ()_посл=78, 6· 1, 69=132, 8 см;

()_посл = 1, 69 (Н1")_посл=1, 69· 51, 9=87, 7 см.

()₁ = 87, 7+5, 6 = 93, 3 см.

Из двух значений ()₁ выбираем меньшее, т. е. 93, 3 см. В этом случае количество заливаемых форм будет равно

N = (93, 3-57, 5)/5, 6+1 = 7.

Пример 4. Рассчитать литниковую систему для отливки «Корпус». Исходные данные: сплав – сталь 35Л; черновая масса отливки G _о = 6, 8 кг; преобладающая толщина стенки отливки δ = 17 мм; количество отливок в форме – 4 шт.; высота отливки с прибылями С = 17 см; расстояние от плоскости подвода сплава до верхнего уровня полости формы Р = 11 см, H₀ = 20 см; масса прибылей на одну отливку – 4, 5 кг.

Рассчитаем массу сплава, залитого в форму, приходящуюся на одну отливку G = (4∙ 6, 8+4∙ 4, 5+0, 07∙ 6, 8)/4=11, 5 кг.

Оптимальную продолжительность заливки рассчитаем по формуле (1.1)

с.

По формуле (1.4) рассчитаем площадь питателя для одной отливки

где H_р = 20-121/34=16, 4 см. ω _{пи т} = 2, 61 см². Площадь литникового хода ω _{л. х} = 1, 15 2 ω _пит = 6 см² (каждая ветвь литникового хода обслуживает две отливки).

Площадь стояка равна ω _с = 1, 3 4 2, 61 = 13, 6 см², диаметр стояка внизу D_ст = см.

Для примера выполним расчет прибылей для отливки, приведенной на рис. 2.10, устанавливаемых на ободе. Отливка представляет собой зубчатое колесо. Высота обода равна 175 мм, толщина диска равна δ =30 мм. Средний наружный диаметр обода 725 мм, средний внутренний диаметр обода 636 мм, средний диаметр ступицы 200 мм.

Вычислим объем обода 16640 см³. Объем диска 8584 см³. Примем, что из прибылей обода будет питаться половина этого объема, вторая половина объема диска питается из прибыли, установленной над ступицей. С учетом этого объем питаемого узла равен

16640+8584/2=20932 см³.

Принимаем коническую открытую прибыль, для которой = 0, 1. Относительная объемная усадка стали при ее перегреве при заливке Δ Т =60 ^оС равна По формуле (2.6) находим объем прибылей

13935 см³.

Диаметр вписанной в верхнее сечение питаемого узла окружности равен

.

Примем условно призматическую конфигурацию прибыли (рис.2.12 з). Фактическая конфигурация прибылей приведена на рис. 2.10. Средний периметр обода . Протяженность зоны действия прибыли Площадь нижнего основания прибыли равна 5, 34∙ В, где В – ширина одной прибыли, см. Если на ободе установлено n прибылей, то можно написать балансное уравнение H_пр∙ 5, 34∙ В∙ n=13935. При выборе числа прибылей необходимо учитывать уравнение (2.4). Если принять 2 прибыли, т.е. n=2, то из этого уравнения находим значение ширины питателя . С учетом этого значения из приведенного выше балансного уравнения находим значение высоты прибыли

Полученное значение высоты прибыли превышает рекомендованное значение и обеспечивает выведение усадочной раковины в прибыль.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основная литература

1. Чернышев Е. А., Паньшин В.И. «Литейные технологии. Основы проектирования в примерах и задачах. Учебное пособие». Машиностроение» («Лань»), 2011 г.

2. Жуковский С.С. «Холоднотвердеющие связующие и смеси для литейных стержней и форм. Справочник» «Машиностроение» («Лань»), 2011 г.

3. Скворцов В.Я., Кукуй Д.М., Андрианов Н.В., «Теория и технология литейного производства Часть 1. Формовочные материалы и смеси «Инфра–М» («Лань»), 2011 г.

4. Скворцов В.Я., Кукуй Д.М., Андрианов Н.В., «Теория и технология литейного производства Часть 2. Технология изготовления отливок в разовых формах» «Инфра–М» («Лань»), 2011 г.

Дополнительная литература

1. Чуркин Б.С., Гофман Э.Б., Майзель С.Г. и др.: " Технология литейного производства" Учеб. – Екатеринбург: Изд-во УГППУ, 2000. – 661 с.

2. Могилев В.К., Лев О.И. Справочник литейщика. – М.: Машиностроение, 1988. –268 с.

3. ГОСТ 26645 – 85 Отливки из металлов и сплавов: допуски размеров, массы, и припуски на механическую обработку. М.: Гос. комитет по стандартизации, введен 01.07. 88. –54с.

4. Флиппенков А.А., Миляев В.М. Стальные отливки: Учеб, – Екатеринбург: УрО РАН, 2002, – с.106.–153;

5. ГОСТ 3212 – 80. Модели и стержневые ящики литейные. Уклоны форморвочные, – М.: Гос. комитет по стандартам, введен с 01.01.85, 25 с.

6. ГОСТ 3606 – 80 Комплекты модельные. Стержневые знаки. Основные размеры.– М.: Гос. комитет по стандартам, введен с 01.01.87.– 23 с.

7. ГОСТ 2133–75. Основные размеры опок, – М.: Гос. комитет по стандартам, введен с 01.05.80. – 30 с.

8. Чуркин Б.С. Теоретические основы литейного производства: Учеб. – Екатеринбург: Изд-во РГППУ, 2006. – 453 с.

9. Соколов Н.А. Литье в оболочковые формы.– М.: Машиностроение, 1978. – 461 с.

10. Литье по выплавляемым моделям / Под ред. Я.И. Шкленника. –М.: Машиностроение, 1984.- 268 с.

11. Степанов Ю.А., Баландин Г.Ф., Рыбкин В.А. Технология литейного производства.– М.: Машиностроение, 1983. – 256 с.

12. Литье под давлением /М.Б. Беккер, М.Л. Заславский, Ю.Ф. Игнатенко и др. – М.: Машиностроение, 1990.– 400с.

13. Белопухов А.Л. Технологические режимы литья под давлением. – М.: Машиностроение, 1985.– 272 с.