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;

Т ₀ – 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).

 

6.6. Пример расчёта вертикально-щелевой литниковой системы

 

Приведённую толщину стенки отливки рассчитываем по формуле (1.30)

 

.

 

Предельно допустимую скорость заполнения находим по формуле (1.31)

 

.

 

Определяем расход металла по формуле (1.32)

 

.

 

Толщину щелевого питателя δ _Щ определяем по формуле (1.34)

 

.

 

Определяем угол растекания металла по формуле (1.33)

 

°,

 

Скорость поперечного растекания определяем по формуле (1.35)

.

 

Находим высоту потока расплава , растекающегося по поверхности застойной зоны, по формуле (1.36)

 

м.

 

Определяем отношение площади поперечного сечения растекающегося расплава к его периметру по формуле (1.37)

 

 

Значение критерия Пекле определяем по формуле (1.40)

 

.

 

Значение критерий Нуссельта определяем по формуле (1.39)

 

 

Находим значение коэффициента теплоотдачи в форму и в застойную зону по формуле (1.38)

 

Вт/(м²∙К).

 

Определяем температуру нулевой жидкотекучести Т ₀ по формуле (1.42)

 

Рассчитываем максимальную длину растекания расплава по формуле (1.41)

 

м.

 

Сравниваем максимальную длину растекания с длиной отливки. Выполняется условие

 

 

Рассчитаем площадь стояка по формуле (1.43)

 

 

Найдем радиус стояка R_ст из выражения (1.44)

 

 

В конструкции литниковой системы для отливки «стакан» будет отсутствовать колодец из-за недостаточности места в кокиле. Для того чтобы избежать возникновения шлака будем применять сетку из стекловолокна в виде кулька, которую поместим в стояк.