Гидромеханические явления процесса формирования отливок, страница 3

Процесс заполнения литейной формы расплавом является начальной стадией формирования отливок. От этой стадии во многом зависит качество отливки. На стадии заполнения в отливках может образоваться целый ряд дефектов: недолив, спай, оксидная плена, шлаковые и сорные раковины (засор), газовые раковины, ужимины и другие. Именно для предупреждения дефектов необходимо четко представлять основные закономерности заполнения. По структуре потоки металла в литниковых каналах и полостях форм могут носить ламинарный или турбулентный режим. Режим движения определяется величиной критерия Рейнольдса:

, где  – средняя скорость потока; d – гидравлический диаметр канала; n – коэффициент кинематической вязкости расплава.

Как известно из гидромеханики, при числах Рейнольдса Re < 2300 режим движения ламинарный, а при Re > 2300 режим турбулентный.

В технологических процессах литья оба режима имеют место, и это учитывают при разработке технологических процессов, при выборе, расчете и конструировании литниковых систем.

Основными вопросами, которые решает технолог-литейщик в обеспечении качества отливки с позиций процессов заполнения являются следующие:

a)  выбор способа литья;

b)  выбор положения отливки в форме и назначение поверхности разъема;

c)  выбор и назначение типа литниковой системы (верхней, сифонной, боковой, …); выбор основных элементов литниковой системы;

d)  расчет основных элементов.

Выбор способа литья и выбор положения отливки в форме осуществляются для условий конкретного цеха, литейного сплава, серийности производства, конструкции детали.

Выбор типа литниковой системы определяется сплавом, его литейными свойствами, техническими требованиями к отливке (плотность, герметичность и др.).

При расчете элементов литниковой системы одним из основополагающих параметров является определение длительности заполнения литейной формы. Время заполнения (время заливки) определяет степень вероятности возникновения в отливках дефектов, связанных с течением расплава по литниковой системе и в полости формы. Причем ряд факторов действуют нередко в противоположных направлениях. Так увеличение скорости течения снижает вероятность дефектов типа недолива и спая, но повышает вероятность появления дефектов типа оксидной плены, шлаковых и сорных раковин, газовых раковин.

Поэтому для расчета времени заливки обычно пользуются эмпирическими зависимостями типа:

, где k, n, m – опытные коэффициенты, приводимые в справочниках по литейной технологии для конкретных по массе отливок, литейных сплавов; G – масса отливки; d – толщина стенки отливки.

В ряде случаев для конкретных сплавов и отливок принимаются рекомендуемые справочными данными весовые скорости заливки, по которым время заливки рассчитывается:

, где G_от – масса отливки; v_вес – весовая скорость заливки.

Для выбранного типа литниковой системы по справочным данным определяют соотношение сечений элементов литниковой системы: стояка, шлакоуловителя, питателя.

По соотношению площадей сечений элементов литниковых систем их классифицируют на расширяющиеся и сужающиеся. Сужающиеся литниковые системы, например,  применяются для отливок из чугуна, а расширяющиеся, например,  для сплавов, склонных к окислению – алюминиевые бронзы, хромистые стали. Сужающиеся литниковые системы относятся к так называемым запертым или заполненным, т.е. не имеющим свободной поверхности в процессе заполнения во всех сечениях. Расширяющие литниковые системы могут быть запертыми и незапертыми, в которых имеют место свободные поверхности потоков расплава – обычно в местах наибольших сечений.

Скорость потока расплава в самом узком сечении литниковой системы рассчитывается по формуле Бернулли: