Получение плотных отливок. Особенности взаимодействия отливки и формы, страница 14

ГЛАВА 15

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТЛИВКИ И ФОРМЫ

Цель этой главы — изложение некоторых особенностей взаимодействия отливки и формы, которые по тем или иным причинам отсутствуют в учебниках по дисциплинам «Теория формирования отливки» Г.Ф.Баландина, а также «Физико-химические основы литейного производства» В. А. Васильева, но которые необходимы технологу при проектировании технологического процесса и последующей его отладке и устранении некоторых дефектов.

В первую очередь это касается происходящих при заливке форм металлом явлений: статического и динамического давления метал отливок, выделения газа из форм и стержней и внедрения газа в металл, нагрева поверхностных слоев формы и неоднородности линейной усадки для рассматриваемого размера и ее зависимости от значения этого размера, а также трещин в безопочных формах.

15.1. ДАВЛЕНИЕ МЕТАЛЛА НА ФОРМУ И СТЕРЖНИ

Давление металла на стенки формы и стержни может приводить к раскрытию стыка по линии разъема, уходу металла из формы, всплытию стержней, возникновению подутий, увеличению пригара особенно при резком уменьшении площади сечения формы в направлении ее заполнения (бутылочный эффект), когда скорость резко возрастает и вызывает увеличение давления из-за гидравлического удара.

К расплавленному металлу применимы законы гидравлики: закон Архимеда, закон сообщающихся сосудов, закон Паскаля.

Следует обратить внимание на гидростатический парадокс, который заключается в том, что малая масса жидкости в тонкой высокой трубке определяет силы Р и Р₁, давления соответственно на дно и верхнюю часть широкого сосуда (рис. 15.1):

P = ρ_жgHF;                                                               (15.1)

P₁ =ρ_ж gH₁(F – f),                                                     (15.2)

где ρ_ж — плотность расплава; g — ускорение свободного падения. Н и H₁ — две высоты столба расплава; F и f— площади соответственно дна сосуда и тонкой трубки.

360

Рис 15.1 Гидростатический парадокс: H H₁, F, f — значения высоты и площади для пояснения закона сообщающихся сосудов

Рис. 15.2. Давление на верхнюю полуформу (плоская отливка): Н — напор металла; стрелками показано давление

Применительно к литейной форме (рис. 15.2) сила давления на верхнюю полуформу может быть определена также по уравнению (15.1).

По существу для этого случая гидростатический парадокс служит проявлением закона сообщающихся сосудов — уровень жидкости в форме стремится занять положение уровня жидкого металла в литниковой воронке.

На рис. 15.2 верхняя поверхность формы плоская и напор Н везде одинаков. Для реальных фасонных отливок верхняя поверхность формы не является плоской, она, как правило, сложная, поэтому напор в каждой точке будет разный и расчеты силы давления на верхнюю полуформу усложняются.

Однако можно воспользоваться понятием «тело давления», под которым понимается тело, расположенное в верхней полуформе над отливкой. Тогда сила Р_с.с, действующая на верхнюю полуформу, определится весом металла, объем которого равен объему У_тд тела давления: Р_с.с = ρ_жgV_т.д.

Для цилиндрической отливки (рис. 15.3) объем У_т.д тела давления равен заштрихованному (на рис. 15.3 показано сеткой) объему над отливкой, который определяется разностью объема параллелепипеда, равного Hl_оD_о(где Н — высота верхней полуформы, или, точнее, напор металла; l_o — длина отливки в плоскости, перпендикулярной чертежу; D_o — диаметр отливки), и объема отливки, находящейся в верхней полуформе,.

Рис. 15.3.Тело давления для цилиндрической отливки: V_т.д.— объем тела давления; Н — напор металла                                                                               

361