Гидромеханические явления процесса формирования отливок, страница 7

После разделения переменных h и t и интегрирования получим выражение для определения ширины питателя "d".

.

2.2.4. Гидродинамические явления после окончания заполнения формы

После окончания заполнения полости формы движение металла не прекращается, а продолжается сначала как затухающее движение инерции предшествующего струйного течения (рис. 36). Длительность циркуляционного струйного движения расплава определяется:

, где l – определяющий размер полости формы; n – коэффициент кинематической вязкости расплава.

После прекращения струйного циркуляционного движения в полости литейной формы движение расплава приобретает другой характер, а именно в виде тепловой естественной конвекции – вблизи стенок литейной формы расплав с более низкой температурой опускается вниз, а в центральной части соответственно поднимается вверх.

Рис. 36. Схема инерционного движения металла после заполнения формы

Скорость циркуляционных потоков при естественной тепловой конвекции зависит от высоты отливки и составляет несколько сантиметров в секунду. Тепловая конвекция расплава прекращается при затвердевании части отливки, когда незатвердевший металл приобретает высокую вязкость.

2.3. Жидкотекучесть сплавов и заполняемость отливок

Жидкотекучесть – одно из основных технологических свойств литейных сплавов, определяющих их способность заполнять тонкостенные и протяженные отливки. При недостаточной жидкотекучести на отливках возникают дефекты: недоливы и спаи. Образование этих дефектов сопряжено с охлаждением и частичным затвердеванием сплава при его течении. Рассматривают два механизма остановки потока расплава при заполнении (рис. 37). Первый механизм (рис. 37, а) остановки потока обусловлен более интенсивным охлаждением передней части потока – носика струи, выделением и возрастанием на носике струи частиц твердой фазы, вызывающей многократное увеличение вязкости и модуля сдвига для неньютоновской жидкости в этой части потока. Когда вязкость и предельное напряжение сдвига жидко-твердой массы на носике струи достигнут критической величины, при которых металлостатический напор в стояке не может развить тангенциальных напряжений выше критических, происходит остановка потока [2]. Такой механизм остановки потока присущ неметаллическим материалам и сплавам с большим интервалом затвердевания при течении в сухих песчаных формах.

Рис. 37. Два механизма остановки потока расплава при заполнении

Второй механизм (рис. 37, б) связан с остановкой потока по причине намерзания металла на стенках литейной формы. Полное перекрытие – перемерзание сечения канала происходит вблизи от входного сечения, как это схематично изображено на рис. 37, б. Подобный механизм остановки потока присущ течению в металлических формах узкоинтервальных сплавов, чистых металлов при небольших перегревах [3]. Используют полуэмпирические формулы [3] для расчета жидкотекучести, в которых жидкотекучесть рассматривается как заполненная длина канала постоянного поперечного сечения за время течения до остановки потока при некоторой средней скорости течения, обусловленной металлостатическим напором, создаваемым столбом металла в стояке:

.

Средняя скорость течения V рассчитывается по вышеприведенной формуле Бернулли:

.

Здесь Н – величина металлостатического напора в стояке; m – коэффициент расхода, ,  – сумма местных гидравлических сопротивлений для потока металла.

Время течения металла до остановки по причине затвердевания предложено оценивать по полуэмпирической формуле:

                                         [4], где R – радиус канала цилиндрической формулы;  – перегрев сплава над температурой затвердевания (ликвидуса); А и В – константы, определяемые из экспериментальных результатов и зависящие от материала формы и литейного сплава.

Так для среднеуглеродистой стали, заливаемой в песчаную форму А = 0,25, а В = 0,10 [4].