Сифонная литниковая система

 

Разбиваем отливку на i участков и для каждого участка определяем характерный размер отливки l _{0 i}, м; высоту каждого из участков отливки h_i, м; площадь поперечного сечения F_i, м².

Исходя из формулы критерия шлакообразования К_ш (1.10), найдём скорость шлакообразования (1.13)

 

(1.10)

 

где Re – критерий Рейнольдса, определяемый по формуле (1.11)

We – критерий Вебера, определяемый по формуле (1.12)

– толщина плены, м;

 

(1.11)

 

где – скорость шлакообразования;

l _0(1-2) – характерный размер отливки на участке 1-2, м;

– коэффициент кинематической вязкости расплава, м²/ч; ;

 

(1.12)

 

где – плотность жидкого сплава, кг/м³;

– скорость шлакообразования;

l _0(1-2) – характерный размер отливки на участке 1-2, м;

– поверхностное натяжение, Н/м;

 

(1.13)

 

Критическая скорость заполнения для кокильного литья составляет , поэтому рассчитанная скорость шлакообразования не должна превышать критическую. Принимаем, что заданную скорость восходящий поток имеет в нижней части, то есть на участке 1-2.

Данную скорость можно обеспечить соответствующей площадью узкого сечения F_{уз.м .} литниковой системы, которую находим из соотношения:

 

(1.14)

 

где – скорость на участке 1-2, м/с;

– скорость в узком месте, м/с; определяется по формуле (1.15);

F _1-2 – площадь поперечного сечения участка 2-3, м²

 

, (1.15)

 

где μ – коэффициент расхода, μ = 0,65;

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

Н – высота стояка, м;

h _1-2 – высота участка 1-2 отливки, м.

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

 

(1.16)

 

где Т_зал – температура заливки, К;

Т_ф.н. – начальная температура формы, К; Т_ф.н. = 293 К;

h _1-2 – высота участка 1-2 отливки, м.

α– коэффициент теплоотдачи, определяется по формуле (1.17);

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

– плотность жидкого сплава, кг/м³;

l _0(1-2) – характерный размер отливки на участке 1-2, м;

– скорость на участке 1-2, м/с;

К_П – коэффициент; К_П = 1,63;

b_M – теплоаккумулирующая способность металла, Вт∙с^1/2/(м²∙К);

b_Ф – теплоаккумулирующая способность формы, Вт∙с^1/2/(м²∙К);

 

, (1.17)

 

где Nu – критерий Нуссельта; определяемый по формуле (1.18)

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

l _0(1-2) – характерный размер отливки на участке 1-2, м;

 

, (1.18)

 

где Ре – критерий Пекле; определяется по формуле (1.19)

 

, (1.19)

 

где l _0(1-2) – характерный размер отливки на участке 1-2, м;

– скорость на участке 1-2, м/с;

а – коэффициент температуропроводности, м²/с;

Рассмотрим участок 2-3.

Скорость на участке 2-3 находим из соотношения

 

(1.20)

 

где F_уз.м – площадь узкого места литниковой системы, м²; определяем из соотношения (1.14);

– скорость в узком месте, м/с; определяется по формуле (1.21);

F _2-3 – площадь поперечного сечения участка 2-3, м²

 

(1.21)

 

где Н – высота стояка, м;

h _2-3 – высота участка 2-3 отливки, м.

Проведём тепловой расчёт по формуле

 

, (1.22)

 

где Т _1-2 – температура на участке 1-2, К;

Т_ф.н. – начальная температура формы, К; Т_ф.н. = 293 К;

h _2-3 – высота участка 2-3 отливки, м.

– коэффициент теплоотдачи, определяется по формуле (1.23);

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

– плотность жидкого сплава, кг/м³;

l _0(2-3) – характерный размер отливки на участке 2-3, м;

– скорость на участке 2-3, м/с;

К_П – коэффициент; К_П = 1,63;

b_M – теплоаккумулирующая способность металла, Вт∙с^1/2/(м²∙К);

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

 

, (1.23)

 

где Nu – критерий Нуссельта; определяемый по формуле (1.18)

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

l _0(2-3) – характерный размер отливки на участке 2-3, м;

Критерий Пекле Ре определяется по формуле

 

, (1.24)

 

где l _0(2-3) – характерный размер отливки на участке 2-3, м;

– скорость на участке 2-3, м/с;

а – коэффициент температуропроводности, м²/с.

Рассмотрим участок (n -1) – n.

Скорость на участке (n -1) – n находим из соотношения

 

, (1.25)

 

где – скорость в узком месте, м/с; определяется по формуле (1.26);

F_уз.м – площадь узкого места литниковой системы, м²; определяем из соотношения (1.14);

F _{( n- 1) - n} – площадь поперечного сечения участка (n -1) – n, м².

 

. (1.26)

 

Проведём тепловой расчёт по формуле

 

(1.27)

 

где Т _{( n -1)- n} – температура на участке (n -1) – n, К;

Т_ф.н. – начальная температура формы, К; Т_ф.н. = 293 К;

h _(n-1)-n – высота участка (n -1) – n отливки, м;

– коэффициент теплоотдачи, определяется по формуле (1.28);

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

– плотность жидкого сплава, кг/м³;

l _{0( n -1)- n} – характерный размер отливки на участке (n -1) – n, м;

– скорость на участке (n -1) – n, м/с;

К_П – коэффициент; К_П = 1,63;

b_M – теплоаккумулирующая способность металла, Вт∙с^1/2/(м²∙К);

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

 

, (1.28)

 

где Nu – критерий Нуссельта; определяемый по формуле (1.18)

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

– характерный размер отливки на участке (n -1) – n, м.

Критерий Пекле Ре определяется по формуле

 

(1.29)

 

где – характерный размер отливки на участке (n -1) – n, м;

– скорость на участке (n -1) – n, м/с;

а – коэффициент температуропроводности, м²/с.

Если Т _{( n -1)- n} > Т_лик, то данная отливка заливается сифонным подводом металла. Если это условие не выполняется, то рассчитываем для этой отливки вертикально-щелевую систему подвода металла.

 

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.