Анализ тепловых и гидравлических процессов.

Момент заливки парафина в модель формы, наглядно иллюстрирует весь литейный процесс. Струя расплавленного парафина по литнику попадает в полость формы, ударяется в противоположную стенку, и как бы омывая ее, стекает по ней на дно полости. Таким образом, форма заполняется парафином до уровня литника, а затем уровень поднимается без видимых изменений. При заполнении тела отливки и ее прибылей, расплавленный парафин вытекает наружу через отводы для воздуха. На этом процесс заливки завершается. Теперь все внимание обращено на то, как будет проходить процесс затвердевания. Первые несколько секунд все остается без изменений. Затем, на противоположной литнику стороне в тонкой части отливки начинают появляться затемнения.

Отчетливо видно, где начался процесс кристаллизации. В начале тонкая, а по истечении времени - толще и толще, полоса затвердевания охватывает как верхнюю, так и нижнюю стенку отливки. Отчетливо видим разницу между толщиной полосы затвердевания правой и левой части отливки.

Кристаллизация наружных слоев правой половины протекает с некоторым запозданием (напомню, что литник находится именно с этой стороны). Еще одна особенность: если сравнить затвердевающие слои - верхний и нижний на левой половине отливки, то мы увидим, что нарастание происходит одновременно и с одинаковой скоростью. Об этом свидетельствует их одинаковая толщина в любой момент времени.

Обратив внимание на правую часть нашей модели, мы обнаружим, что полоса затвердевания верхней стенки отливки, находящаяся напротив литника значительно тоньше нижней. Постепенно полосы затвердевания увеличиваются и срастаются между собой, достигая полного затвердевания тонкой части отливки. На этом этапе незатвердевшими остаются только фланцевые части отливки, над которыми располагаются прибыли, чей большой объем является источником тепла.

Опыт проводится несколько раз, но результаты его остаются неизменными. Перед тем, как обратиться ко второму опыту, напомним об итогах первого. Эксперименты проводились при комнатной температуре, дополнительно формы не прогревалась, прогревались лишь стекла для четкости изображения. Наблюдения показали, что затвердевание отливки шло неравномерно - левая часть затвердевала быстрее правой, т.к. это обусловлено расположением литниковой системы в правой части заливки. Металл, поступающий в полость формы от начала до конца заливки, попадал на верхнюю стенку правой части отливки, затем струя падала на нижнюю стенку, тем самым постоянно нагревая эти места формы. Соответственно, к концу заливки, область, находящаяся в непосредственной близости от выходящего из литника материала отливки, оказалась наиболее разогретой по сравнению с другими участками формы. Поэтому затвердевание замедлилось. Все это отражено на фотографиях, приводимых далее. Снимки сделаны с определенным интервалом времени, что дало возможность четко выявить различные этапы затвердевания отливки (рис.1.11).

Второй опыт проводился в полной аналогии с первым, но наблюдение велось с задней части модели формы. Первый эксперимент показал, как литниковая система влияет на затвердевание отливки, мы рассмотрели область формы, находящуюся непосредственно около нее. Теперь наша задача - определить влияние подвода металла на наиболее удаленную часть формы (рис.1.12).

Модель формы собрана в том же порядке, что и в предыдущем эксперименте, но наблюдение будет проводиться с противоположной литниковой системе стороны. В процессе заливки форма наполняется расплавленным парафином. Он появляется в прибылях. Заливка завершена. Процесс затвердевания фиксируется на фотопленку.

Рис.1.11. Завершение процесса заливки формы с литниковой системой, совпадающей с плоскостью визуализации.

Рис.1.12. Начальная стадия затвердевания.

Рис.1.13. Процесс затвердевания.

Рис.1.14. Процесс затвердевания.

Рис.1.15. Конечная стадия затвердевания.

Рис.1.16. Завершение процесса заливки формы через литниковую систему, находящейся на задней стенке.

Рис.1.17. Начальная стадия затвердевания.

Рис.1.18. Процесс затвердевания.

Рис.1.19. Процесс затвердевания.

Рис.1.20. Конечная стадия затвердевания.

Затвердевание обусловлено появлением тонких полос затемнения на стенках формы. Ширина затемненных частей увеличивается со временем, и перед нами открывается картина, на первый взгляд схожая с первым опытом. Но детальное рассмотрение все же показывает нам отличия процесса от уже рассмотренного.

Первый этап затвердевания - это полная аналогия с предыдущим экспериментом. Вновь часть будущей отливки, находящаяся на противоположной стороне литника затвердевает быстрее, нежели та область, куда подводится расплавленный парафин. Это явно выражено на фотографии желтым пятном, которое слегка сдвинуто в правую сторону Дальнейшее затвердевание так и происходит с увеличением этой области, которую мы отметили. Теперь вспомним наш первый опыт, а именно ту его часть, где мы рассматривали процесс затвердевания той области отливки, куда был сделан подвод металла. Там была явно выраженная разница в толщине затвердевающего парафина на верхней и нижней стенках. Обратив свой взгляд на процесс, который происходит сейчас, мы видим, что разницы между затемненным слоем верхней и нижней стенки левой части отливки практически нет.

Дальнейший процесс затвердевания шел плавно, без изменений. Желтое пятно постепенно увеличивалось, превращаясь в темные полосы застывшего парафина.

Что можно почерпнуть из данных опыта следует, что месторасположение литника сильно влияет на процесс затвердевания, но область его влияния находится в непосредственной близости к нему. Чем дальше находится часть полости формы от подвода металла, тем меньше она подвержена влиянию с его стороны. Материал отливки, протекая по литнику и попадая в полость, в первую очередь контактирует с теми областями формы, которые находятся на его пути.

Заключение.

Физическое моделирование дало наглядное представление о процессе заполнения формы и затвердевания отливки. Результаты опытов зафиксированы на фотопленку. Определено, что разные части отливки имеют отличную от других кинетику затвердевания. Прекрасно фиксировали фотографии, что форма, а точнее часть формы, находящаяся непосредственно напротив выхода металла из литника, - это верхняя стенка отливки, которая оказалась наиболее разогретой посредством попадания на нее расплавленного парафина. В дальнейшем, заполняя полость формы, наиболее горячий парафин остается в правой части нашей модели, вытесняя, тем самым, менее горячий, который попадает в левую часть. Это четко видно из второго опыта, где картина затвердевания отклонена в сторону, противоположную расположению литника. Два элемента на нашей модели, где затвердевание происходило с замедлением - это два фланца - справа и слева. На это явление оказали воздействие другие факторы, а именно - толщина фланца в полтора раза большая основной отливки, что, безусловно, замедляет полное затвердевание. Получив наглядную информацию о процессе заливки и затвердевании, в дальнейшем дополним математическую модель.