6.4. Пример расчёта сифонной литниковой системы

Разбиваем отливку на 3 участка и для каждого участка определяем характерный размер отливки l_0i, м; высоту каждого из участков отливки h_i, м; площадь поперечного сечения F_i, м².

F_1-2 = 0,00043 м²; h_1-2 = 0,016 м; l_0(1-2) = 0,008 м;

F_2-3 = 0,001906 м²; h_2-3 = 0,093 м; l_0(2-3) = 0,005 м;

F_3-4 = 0,001296 м²; h_3-4 = 0,0135 м; l_0(3-4) = 0,006 м.

Отливка «стакан» является отливкой средней сложности, поэтому для данной отливки и сифонной литниковой системы принимаем критерий шлакообразования К_ш, равный .

По формуле (1.13) находим скорость шлакообразования :

Принимаем скорость шлакообразования равной и будем считать, что принятую скорость восходящий поток имеет в нижней части, то есть на участке 1-2.

Скорость в узком месте литниковой системы находим по формуле (1.15)

Данную скорость можно обеспечить соответствующей площадью узкого сечения F_уз.м. литниковой системы, которую находим из соотношения (1.14):

Проведём тепловой расчёт, оценим потери перегрева фронта потока расплава во время заполнения вертикальной полости. Для этого воспользуемся формулами (1.19), (1.18), (1.17) и (1.16) и примем, что сужение литниковой системы и тепловые потери в ней малы и при расчёте не учитываются.

Рассмотрим участок 2–3.

Скорость в узком месте определим по формуле (1.21)

Скорость на участке 2-3 находим из соотношения (1.19)

Определяем критерий Пекле по формуле (1.24)

Критерий Нуссельта определяем по формуле (1.18)

По формуле (1.23) определяем коэффициент теплоотдачи

Проведём тепловой расчёт по формуле (1.22)

Рассмотрим участок 3-4.

Скорость в узком месте находим по формуле (1.26)

Скорость на участке 3-4 находим из соотношения (1.25):

Определяем критерий Пекле по формуле (1.29)

Критерий Нуссельта определяем по формуле (1.18)

По формуле (1.28) определяем коэффициент теплоотдачи

.

Проведём тепловой расчёт по формуле (1.27)

Так как Т_3-4 = 934,85 К > Т_лик = 867 К, то данная отливка заливается сифонным подводом металла.

6.5. Вертикально-щелевая литниковая система

Вертикально-щелевая литниковая система наряду со спокойным вводом расплава в форму обеспечивает хорошую заполняемость форм тонкостенных отливок, задерживает неметаллические включения при отшлаковывании в вертикальном колодце, создаёт благоприятные условия для последовательной, направленной снизу вверх кристаллизации отливок, обеспечивая подачу горячего металла в верхние слои отливки и прибыль. Таким образом, этот тип литниковой системы обеспечивает лучший тепловой режим и лучшую заполняемость тонкостенных отливок.

К недостаткам вертикально-щелевой литниковой системы относятся6 возможность вспенивания сплава в начальный момент заполнения формы и опасность возникновения местных перегревов формы в области, прилегающей к вертикальным щелям, приводящих к образованию дефектов усадочного характера, а также сложность её выполнения в форме и удаления при обрубке.

Приведённую толщину стенки отливки , м рассчитываем по формуле

(1.30)

где – минимальная толщина стенки отливки, м.

Предельно допустимую скорость заполнения , м/с находим по формуле

(1.31)

где – критерий шлакообразования;

– коэффициент кинематической вязкости расплава, м²/ч;

;

– толщина плены, м;

– поверхностное натяжение, Н/м;

– плотность жидкого сплава, кг/м³;

Определяем расход металла , м³/с по формуле

(1.32)

где – длина растекания сплава, м.

Определяем угол растекания металла , ° по формуле:

, (133)

где δ_Щ – толщина щелевого питателя, м; определяемая по формуле (1.34)

, (1.34)

где δ₀ – толщина стенки отливки, м.

Скорость поперечного растекания , м/с определяем по формуле:

, (1.35)

где S – коэффициент Шези, S = 1.

Находим высоту потока расплава , м, растекающегося по поверхности застойной зоны:

, (1.36)

Определяем отношение площади поперечного сечения растекающегося расплава к его периметру:

. (1.37)

Находим значение коэффициента теплоотдачи , Вт/(м²∙К) в форму и в застойную зону по значению критерия Нуссельта:

, (1.38)

где λ – теплопроводность расплава, Вт/(м∙К);

Nu – критерий Нуссельта, определяется по формуле (1.39):

(1.39)

где Pe – критерий Пекле, определяется по формуле (1.40):

(1.40)

где а – коэффициент температуропроводности, м²/с.

Рассчитываем максимальную длину растекания расплава :

, (1.41)

где Т_ЗАЛ – температура заливки, К;

Т_ФН – начальная температура формы, К; Т_ФН  =  293 К;

Т₀ – температура нулевой жидкотекучести, К; рассчитывается по формуле (1.42);

с_ж – теплоемкость расплава, Дж/(кг∙К);

b_M, b_Ф – соответственно теплоаккумулирующая способность металла и формы, Вт∙с^1/2/(м²∙К).

_, (1.42)

где Т_L – температура ликвидус, К;

Т_С – температура солидус, К;

m – количество твёрдой фазы.

Сравниваем максимальную длину растекания с длиной отливки. Должно выполняться условие:

L_P ≥ 1,2 ,

где L – длина отливки, м;

Рассчитаем площадь стояка , м²:

, (1.43)

где μ – коэффициент расхода литниковой системы; = 0,6;

g – ускорение свободного падения, м/с²; g = 9,81 м/с²;

Н_ст – напор металла, м.

Найдем радиус стояка R_ст, м из выражения:

. (1.44)

Определяем диаметр колодца d_к, м литниковой системы по выражению:

. (1.45)

где d_щ – диаметр щели, м; определяемый по формуле (1.34).