02:28 Литниковая система.Расчет параметров прессования. |
Расчет литниковой системы и параметров прессования под давлением. Расчет вентиляции формы.
Часть I. Оценка технико-экономической эффективности. Одним из наиболее важных показателей технико–экономической эффективности технологического процесса, позволяющих оценить его совершенство, является удельный расход жидкого металла на получение отливки с учетом потерь на литниковую систему. Удельный расход жидкого металла определяется по формуле
где:
Q2 –масса литниковой системы, определяющая из выражения Q2 =V2×ρ, кг
ρ — плотность материала,г/см³ Q2 =0,00078×7300 =5,694 (кг); К =(19,64/19,64+5,694)×100% =77,5% Определение массы отливки Масса отливки определяется по формуле Q =V×ρ;кг где: V – объем, м3;
ρ–плотность металла, кг/м3. Размеры и масса отливок ограничиваются возможностями машин литья под давлением: объемом камеры прессования, удельным давлением прессования (р) и усилием запирания (Q) Определение минимально допустимой толщины стенок отливки. Минимальная толщина стенки, которая может быть получена данным способом литья, зависит от жидкотекучести металла и габаритных размеров отливки. Поэтому минимальную толщину стенки детали проверяют на минимальную допустимую толщину стенки отливки S. Площадь проекции (F) отливки, литниковых каналов и камеры прессования на подвижную плиту пресс-формы не должна превышать значений, определяемых по формуле Fо = 0,85 Q/р,см²
где: Q — усилие запирания плит машины,кН
р — давление в камере прессования;МПа Во избежание незаполнения форм и неслитин толщину стенок отливок из алюминиевых сплавов назначают с учетом площади их поверхности:
Питатели подводят к участкам отливки, подвергающимся механической обработке. Толщину их назначают в зависимости от толщины стенки отливки в месте подвода и заданного характера заполнения пресс-формы.
Эта зависимость определяется отношением толщины питателя к толщине стенки отливки.
Плавное, без завихрений и захвата воздуха, заполнение пресс-форм имеет место, если отношение толщины питателя к толщине отливки близко к единице.
Для отливок с толщиной стенок до 2 мм питатели имеют толщину 0,8 мм;
Диаграмная зависимость длины литникового хода к толщине стенки отливки : чем толще стенка отливки, тем длиннее питающий канал литниковой системы. Для приема первой порции расплава, обогащенного воздушными включениями, вблизи полости пресс-формы располагают специальные резервуары-промывники, объем которых может достигать 20-40 % от объема отливки. Промывники соединяют с полостью литейной формы каналами, толщина которых равна толщине питателей.
Вентиляция Удаление воздуха и газа из полости пресс-форм осуществляют через специальные вентиляционные каналы и зазоры между стержнями (выталкивателями) и матрицей пресс-формы. Вентиляционные каналы выполняют в плоскости разъема на неподвижной части пресс-формы, а также вдоль подвижных стержней и выталкивателей.
Глубина вентиляционных каналов при литье алюминиевых сплавов принимается равной 0,05 - 0,15 мм, а ширина 10 - З0 мм, в целях улучшения вентиляции пресс-форм полости промывников тонкими каналами (0,2 - 0,5 мм) соединяют с атмосферой. Вентиляционные каналы в плоскости должны быть не менее 1 мм.
Давление прессования Величина давления прессования ограничивается обычно величиной усилия запирания машины, которое должно превышать давление, оказываемое металлом на подвижную матрицу (рF). Поэтому большой интерес приобретает локальная подпрессовка толстостенных отливок, известная под названием «Асигай-процесс». Малая скорость впуска металла в полость пресс-форм через питатели большого сечения и эффективная подпрессовка кристаллизующегося расплава с помощью двойного плунжера позволяют получать плотные отливки.
Температура На качество отливок существенною влияние оказывают также температуры сплава и формы. При изготовлении толстостенных отливок несложной
конфигурации заливку расплава ведут при температуре на 20—30°С ниже температуры ликвидуса. Тонкостенные отливки требуют применения расплава,
перегретого выше температуры ликвидуса на 10—15°С. Для снижения величины усадочных напряжений и предотвращения образования трещин в отливках пресс-формы перед заливкой нагревают.
Рекомендуются следующие температуры нагрева:
Удельное давление и скорость прессующего поршня Удельное давление и скорость прессующего поршня зависят от конструкции отливки, размеров и положения питателя, свойства сплава и его температуры плавления и т. д. Даже при уверенности, что пресс-форма сконструирована правильно, условия литья надо проверить практически, так как нет общего правила, действительного для всех сплавов и пресс-форм. В литье под давлением подача расплава из камеры прессования в пресс-форму и его дополнительное прессование осуществляются принудительно. Давление на расплав необходимо для заполнения расплавом сложных тонкостенных переходов в отливках, получения крупногабаритных отливок или получения нескольких мелких отливок за одну заливку, получения в отливках мелкозернистой структуры, измельчения газовых включений до размеров микроскопической пористости, уплотнения отливки под действием допрессовки, т.е. давления на расплав после того, как он заполнит пресс-форму. Давление на залитый в камере прессования расплав определяется, при данной мощности прессующего цилиндра машины, диаметром камеры прессования и сопряженного с ней пуансона. Так, например, при усилии прессующего цилиндра 15 тс и диаметре камеры прессования 60 мм давление составит
где:
F — усилие прессования,кгс
d — диаметр камеры прессования;см Чем меньше площадь поршня, действующего непосредственно на расплав, находящийся в камере прессования, и чем больше площадь поршня, воспринимающего давление рабочей жидкости, тем больше давление на расплав. Расчет элементов литниковой системы Литниковая сисшема представляет собой совокуиность каналов, по которым жидкий металл поступает из камеры прессования в оформляющую полость пресс-формы. Литниковая система в пресс-формах, предназначенных для установки на машинах с вертикальной камерой прессования, состоит из следующих элементов:
Сокращение пути движения металла в литниковой системе - важное преимущество машин с горизонтальной камерой прессования.
Пресс-остаток одновременно является элементом литниковой системы пресс-формы и камеры прессования. Его диаметр определяется диаметром камеры прессования. В то же время масса пресс-остатка сильно влияет на условия заполнения и затвердевания отливки. Высота пресс-остатка должна быть оптимальной в целях экономии металла, но она должна быть не меньше диаметра входного отверстия литникового хода для машин с вертикальной камерой и не меньше размера входного отверстия в подводящий канал для пресс-формы на машинах с горизонтальной камерой прессования.
При выборе литниковой системы того или иного типа необходимо стремиться к обеспечению направленного заполнения, которое зависит не только от места подвода питателя, но и от отношения толщины (δпит) питателя к толщине (δотл) стенки отливки в месте подвода металла. Если отношение δпит / δотл > 1/2, то после удара струи о преграду начинается заполнение полости формы сплошным или дисперсным (с последующим превращением в дисперсно-турбулентный) потоком, который движется в направлении, обратном направлению движения металла в питателе, ухудшая качество отливки.
При отношении δпит / δотл < 1/2 возможность создания направленного потока заполнения повышается.
В случае подведения металла в утолщенную часть неравностениой отливки после удара струи может образоваться сплошной или дисперсный поток, минующий тонкостенную полость формы, которая в результате будет заполнятьея в последнюю очередь более холодным металлом, при этом появятся поверхностные дефекты в виде неслитин. Один из главных принципов конструирования литниковых систем — принцип сужения каналов от камеры прессования к полости формы. Например, на машинах с вертикальной камерой изменить нежелательное расширение потока в коническом литниковом ходе практически невозможно. На машинах с горизонтальной камерой прессования всегда можно сузить литниковые каналы, что будет способствовать созданию установившегося движения в питателе. Обычно сечение питателя имеет прямоугольную конфигурацию, а сечение подводящего канала — трапециевидную.
Площадь поперечного сечения подводящего канала :
Высоту Hподводящего канала Е. Брунгубер предлагает определять по эмпирической формуле Hпод = 0,77√Fпит;см
Кромки питателя и подводящего канала, выходящие на плоскость разъема формы, не должны иметь закруглений. Технологический цикл литья Продолжительность заполнения пресс-формы определяется процессом теплообмена между заливаемым сплавом и самой пресс-формой. Продолжительность заполнения, обеспечивающую свариваемоеть отдельных потоков металла, определяют из условия, что температура металла в наиболее удаленном от питателя месте не должна падать ниже температуры окончания затвердевания отливки, т. е. ниже температуры солидуса. Если предположить, что сплошной или дисперсный поток последовательно заполняет оформляющую полость, распространяясь по ней от места удара свободной струи, то в зависимости от характера потока продолжительность заполнения можно рассчитать по формулам.
Чаще всего приходится иметь дело с заполнением турбулентными и дисперсными потоками. Поскольку реальные отливки сложной конфигурации имеют локальные утолщения, резкие переходы, отверстия и окна различной формы, нарушающие свободное продвижение потока в полости формы, осуществить дисперсное заполнение практически невозможно. При скоростях впуска 20 м/с и более невозможно осуществить и турбулентное заполнение, так как происходит разрушение свободной струи.
Особенно сильное разрушение струи наблюдается в тех случаях, когда скорость прессования и давление в процессе впуска возрастают.
Такие режимы заполнения возможны при литье под давлением на машинах с горячей камерой прессования.
Возможно нарушение сплошности впускной струи даже при постоянных условиях истечения. Такое нарушение объясняется возникновением в свободной струе возмущающих сил. Один из видов разрушения впускной струи связан с взаимодействием сил инерции и поверхностного натяжения сплава,обусловливающих возникновение поперечных волновых колебаний (зафиксированных скоростной киносъемкой при скоростях 4000—5000 кадр/с).
Например, для алюминиевого эвтектического сплава типа АЛ2 (АК12), заливаемого при температуре ~630 °С, при δпит = 1 мм зависимость длины устойчивой части струи от скорости впуска принимает вид L = 0,04 Vвп (скорость впуска). Для того же сплава, заливаемого без перегрева при температуре 590°С, L = 0,15 Vвп, т. е. устойчивость впускной струи повышается почти в 4 раза. При больших скоростях впуска (выше 40 м/с) возможен другой вид разрушения свободной впускной струи, связанный с возникновением в ней продольных синусоидальных колебаний. Возникновение таких колебаний можно объяснить тем, что сопротивление газов в полости формы становится более существенным, чем поверхностное натяжение сплава. Этому способствует недостаточная вентиляция формы, которая часто имеет место при заполнении крупногабаритных тонкостенных отливок, требующих большого количества смазывающего материала.
Условия движения свободной струи и возможность сохранения сплошности потока заполнения в значительной степени определяются конструкцией литниковых каналов — струя стремится к сохранению постоянной толщины только при наличии сужающейся литниковой системы. В расширяющихся литниковых системах возможно нарушение устойчивости впускной струи не только из-за волновых возмущений, но и вследствие кавитации. Одним из основных способов повышения устойчивости впускной струи следует считать сокращение ее длины. Питатель желательно подводить к отливке таким образом, чтобы длина устойчивой части струи не превышала значений, определяемых формулой.
Если обеспечивается устойчивость впускной струи, то отливка может заполняться сплошным турбулентным потоком. С увеличением толщины отливки критическая скорость уменьшается. Турбулентное заполнение приводит к захвату крупных газовых включений. Другой недостаток турбулентного заполнения - малая скорость движения потока, недостаточная для четкого оформления рельефа отливки.
Турбулентное заполнение можно рекомендовать лишь для отливок достаточно простой конфигурации, изготовляемых с использованием вакуумирования или замещения газов в форме кислородом.
На практике часто необоснованно увеличивают продолжительность заполнения, особенно при изготовлении крупногабаритных отливок. Анализ показывает, что продолжительность заполнения зависит от вида потока, толщины отливки и не зависит от ее габаритных размеров.
При литье магниевых сплавов, в отличие от алюминиевых и цинковых, на продолжительность заполнения в значительной степени влияют не только толщины отливки, но и температура пресс-формы. Технологически необходимая продолжительность заполнения Пресс-формы обеспечиваются соответствующей скоростью перемещения прессующего поршня (скоростью прессования), которую определяют по следующей формуле
Для многогнездных пресс-форм при подсчете скорости прессования в формулу подставляют суммарный объем всех отливок и промывников.
Скорость впуска и скорость прессования при условии установившегося движения связаны между собой уравнением неразрывности потока. Средняя за период заполнения формы скорость впуска определяется выражением
где:
Fnp — площадь прессующего поршня;см²
Для определения давления в гидравлическом подпоре, образующемся при турбулентном и дисперсно-турбулентном движении в полости формы, сделаем предположение, что вся вытекающая масса металла остается в подпоре. В этом случае гидродинамическое давление Рпод. в подпоре рассчитывается по формуле
где:
Vпоршня — скорость движения поршня;м/сек
Fотливки — площадь поперечного сечения отливки;см² Fпитателя — площадь поперечного сечения питателя,см² Четкость оформления рельефа и шероховатость поверхности отливки зависят от кинетической энергии потока. В момент окончания его движения создается гидродинамическое давление на стенки пресс-формы
где:
ρм — плотность жидкого металла; г/см³
Vф — скорость потока в пресс-форме;см/сек Подробнее... Посмотри файл с помощью флеш-плеера и сохрани к себе на компьютер |
| Категория: Конструирование | Просмотров: 6814 | | |
| Всего комментариев: 0 | |