Обеспечение заполняемости. При изготовлении отливок из конструкционной стали со стенками толщиной более 5. мм ЛПС обычно не содержит элементов, регулирующих скорость заливки. Последняя регулируется рабочим-заливщиком. При изготовлении отливок с более тонкими стенками (менее 5 мм) или кромками недостаточная скорость заливки приводит к недоливам. Ниже приведена схема расчета ЛПС на скорость заполнения формы сталью. Требующуюся удельную скорость заливки (кг/с) можно вычислить по эмпирической формуле
где ,&
— коэффициент пропорциональности; при подводе металла сверху = 0,05, сбоку k„ = 0,06 и снизу &
= 0,08; а
, /
— толщина и наибольшая протяженность тонкой стенки или кромки отливки.
Для отливок со стенками толщиной более 5 мм можно определять продолжительность заливки по формуле
где р
, бр —плотность, кг/м
, и удельная теплоемкость, Дж/(кг-°С) расплава; t
,
, /
л.к —температура расплава в начале и в конце заливки, °С; Ьф — коэффициент аккумуляции теплоты для материала формы, Дж/(м
-с
/
-
С); ^.„—начальная температура формы, °С.
Согласно законам гидравлики суженное сечение канала и гидростатический напор для случая ньютоновской жидкости, к которой относится заполняющий форму металлический расплав, связаны уравнением
где /о — площадь суженного сечения, м
; Н
— гидростатический напор в суженном сечении, складывающийся из высоты расплава в форме и высоты струи, падающей из ковша, м; Q
— расход расплава через суженное сечение, кг/с; [д, — коэффициент расхода, (.1 = 0,7-=-0,9; р — плотность жидкого металла; для стали можно принять р = 7000 кг/м
; g — ускорение свободного падения, g — = 9,81 м/с
При изготовлении толстостенных отливок из конструкционных сталей, к которым будем условно относить отливки со стенками толщиной более 5 мм, значением Н
можно задаваться, исходя из конструктивных соображений; однако во всех случаях должно быть для стали Н
^ 0,07 м и для алюминиевых сплавов Н
5г 0,21 м; при меньших значениях Н
получение четких кромок у отливок не гарантируется.
Для тонкостенных отливок (а
5 мм) имеем также
где 0—поверхностное натяжение расплава, Н/м, для среднеуглеродистой стали ст л; 1,5 Н/м; 0 —угол смачивания стенок литейной формы расплавом, рад, для етали с учетом гистерезиса смачивания можно принять 0 =3,14 рад (180°); а
— толщина тонкой стенки, м.
Расчеты по формуле (3.14) показывают^ что для вхождения расплавленной стали в полость формы шириной 1,5 мм достаточен Н
= 3 см, а для полости шириной 0,5 мм необходим уже Н
= = 9 см.
Опыты по заполнению тонких пластин длиной 80 мм, присоединенных к стояку высотой 280 мм, показали, что большинство пластин толщиной 2,3 мм заполнилось сталью до конца, все пластины толщиной 1,3 мм заполнились не на всю длину, пластины толщиной 0,7 мм заполнялись не более чем на 5 мм. Практика производства подтверждает результаты опытов: при литье по выплавляемым моделям стальных отливок с а
Рис. 3.12. Длина заполненной части стенки I (%) ко всей длине стальной отливки «рамка» в зависимости от положения на стояке (а). Схема формы (.
.
На основе экспериментальных и производственных данных установлено также, что наилучшая заполняемость достигается у отливок, расположенных в средней по высоте зоне стояка (рис. 3.12). Недоливы в верхних ярусах вызваны недостаточным гидростатическим напором. Применение в нижней части стояка зумпфа высотой 30—40 мм улучшает заполняемость отливок нижнего яруса вследствие слива в него первых холодных порций металла и более быстрого создания здесь гидростатического напора.
При подводе металла снизу по сравнению с подводом сверху из-за дополнительных потерь теплоты заполняемость снижается на 50 %, считая по площади тонкой стенки.
Зная Q
и Н
, можно определить площадь суженного