Расчет ЛПС

Значения ТВГ приведены в табл. 3 по данным [3]. Верхние значения интервалов ТВГ принимают для отливок с меньшими массой и толщиной стенок.

10

Примечание. В таблице учтен расход металла на литники: 6 % для отливок массой до 500 кг и 3 % для отливок массой более 500 кг.

Если прибыли заполняются через отдельный литниковый канал либо сверху после заполнения отливки, тогда металлоемкость отливки подсчитывается как сумма масс отливки и литниковой системы:

После определения времени заполнения необходимо проверить линейную скорость подъема уровня металла в форме:

где – время заполнения отливки с прибылью, c; Q – высота отливки с прибылью, заполняемой из общей литниковой системы, мм.

Скорость подъема должна соответствовать величинам [3, 5, 7] приведенным в табл. 5.

Примечание: для отливок из стали 110Г13Л, а также при суммарном содержании в стали Cr, Mo и W от 1,8 до 2,5 % значения V увеличивают в 1,25 раза. При содержании в стали Cr более 10 %, Ni более 8 % или Al более 2 % значения V увеличивают в 1,8–2,0 раза.

При получении скорости подъема меньше допустимой необходимо уменьшить длительность заливки, вычисленной по формуле (1), и в дальнейших расчетах использовать именно эту скорректированную длительность заливки.

11

2.2. Расчет литниковой системы при заливке форм из поворотных ковшей

Заливка форм мелких и средних отливок на конвейерных и автоматических линиях, т. е. при серийном и массовом производстве осуществляется из поворотных ковшей емкостью от 100 до 800 кг.

В этом случае расход стали из ковша регулируется углом его наклона. Лимитирующим звеном замкнутой или сужающейся системы ковш–литниковые каналы–полость формы являются питатели, имеющие наименьшее сечение. Для определения суммарной площади сечения питателей удобно использовать формулу Б. Ованна [1, 8]:

да литниковой системы; – плотность жидкой стали, 6,9–7,0 г/см3; g – ускорение свободного падения, 980 см/с2; Hp – расчетный

напор металла, см.

Подставив известные значения, можно упростить формулу (5):

способа формовки и сопротивления формы движению потока жидкого металла [5, 7].

Примечание: большое сопротивление оказывают разветвленные литниковые системы большой протяженности, когда общее число поворотов потока под углом 900 и более составляет не менее четырех (ярусные и сложные сифонные системы). Малое сопротивление оказывают короткие системы, у которых число поворотов не превышает двух (верхние системы).

12

изводится из стопорных ковшей, емкость которых колеблется в весьма широких пределах от 1 т до 90 т и более.

В этих случаях чаще всего применяют расширяющиеся литниковые системы. Расход металла в системе ковш–литниковые кана- лы–полость формы определяется напором металла в ковше и диаметром отверстия стакана. Преобразуя формулу Б. Ованна (5) для лимитирующего сечения, получим:

линдрических отверстий – 0,89; Fo – площадь сечения отверстия в стакане, см2; – плотность жидкой стали, 7 г/см3; H k – уровень

металла в ковше, см.

Металлоемкость формы Gф можно определить по формулам (2, 3), а время заполнения – по формуле (1), уточнив его затем по формуле (4). Зная Gф и , легко найти значение заданной весовой скорости . Таким образом, в выражении (9) два неизвестных: площадь сечения отверстия стакана Fo и ферростатический напор жидкой стали в ковше Hk. Решение одного уравнения возможно только при одном неизвестном. Следовательно, для решения уравнения

(9)необходимо задаться либо значением Fo, либо значением Hk. Значение Fo можно принять по нормальному ряду, приведен-

ному в табл. 7. Значения ферростатического напора в полном ковше и среднего диаметра ковша для ковшей стандартной емкости приведены в табл. 8.

14

Таблица 8

Параметры стандартных стопорных ковшей

При выборе параметров ковша необходимо учитывать, что в процессе заполнения форм уровень металла в нем понижается (рис. 3), т. е. заданной весовой скорости истечения металла через полностью открытое отверстие стакана будет соответствовать только какое-то одно значение ферростатического напора в ковше. Чтобы поддержать заданную весовую скорость истечения металла, разливку обычно начинают при большем уровне металла в ковше, но при этом отверстие в стакане частично перекрывают стопором, т. е. тормозят струю металла. Заканчивают выполнение форм при уровне металла в ковше, который обеспечивает заданную весовую скорость без торможения струи.

Таким образом, для решения уравнения (9) необходимо знать либо площадь поперечного сечения отверстия стакана, либо конечный уровень металла в ковше.

Рис. 3. Схема изменения напора в ковше в процессе разливки металла

15

Рассмотрим случай, когда принят диаметр отверстия стакана (по табл. 7).

Из выражения (9) найдем уровень металла в ковше в конце заливки:

Изменение уровня металла в ковше в период разливки найдем из выражения [2]:

ная металлоемкость всех форм, заливаемых с заданной весовой скоростью, кг; Д ср – средний внутренний диаметр ковша, см.

Средний диаметр ковша принимается по табл. 8 с учетом металлоемкости выполняемых форм.

Зная Нк и Н, найдем начальный уровень металла в ковше:

Проверка правильности выбора параметров ковша производится в два этапа. Вначале сравнивают значение начального уровня с максимальным уровнем металла для ковша выбранной емкости по

табл. 8. Если последний меньше расчетного внесения Нк , то необ-

ходимо увеличить емкость ковша, а расчет повторить, начиная с формулы (11). Если максимальный уровень металла в ковше больше или равен расчетному начальному уровню, то переходят ко второму этапу проверки. Для этого определяют весовую скорость истечения без торможения при начальном уровне металла в

ковше (Н н ) :

где Wy – начальная весовая скорость истечения без торможения, кг / с; FO – площадь поперечного сечения отверстия ста-

кана, принятая в начале расчета по табл. 7, см2 .

Допустимые соотношения между начальной и заданной по уравнению (9) весовыми скоростями можно представить в виде

16

неравенства:

стакана в процессе разливки.

Значения коэффициента торможения принимаются из условия разливки сформированной струѐй без разбрызгивания. При заливке 1–2 форм средней металлоемкости или одной металлоемкой

формы допускается значение =1,5. При большем количестве

форм ограничиваются меньшими значениями [3].

Значение коэффициента размыва для шамотных стаканов при разливке углеродистых и низколегированных сталей из ковшей емкостью до 16 т принимается равным 1,15, а для раз-

ливки из ковшей 30 т и более равным 1,25 . При разливке ста-

Если при проверке выяснилось, что неравенство (14) не выполняется, тогда необходимо либо увеличить емкость ковша, либо принять больший диаметр отверстия стакана, повторив весь расчет, начиная с формулы (10).

Рассмотрим случай решения уравнения (9), когда емкость и уровень металла в ковше известны. Требуется определить диаметр отверстия стакана.

Как правило, известен не конечный, а начальный уровень металла в ковше. Часто его принимают равным максимальному уровню металла для ковша данной емкости (см. табл. 8).

Зная рассчитанную по уравнению (9) заданную весовую скорость из неравенства (14), необходимо определить приближенное

17

Приближенные значения сечения отверстия корректируются по нормальному ряду (табл. 7), причем принимается большее или равное ему значение.

Проверка правильности расчета состоит в определении возможности разливки необходимого количества металла с заданной весовой скоростью. Для этого по уравнениям (11) и (12) находят величину понижения уровня металла в ковше в процессе разливки и конечный уровень металла в ковше. Затем по уравнению, аналогично (9), находят конечную весовую скорость и сравнивают еѐ с заданной:

F0 – скорректированное значение площади поперечного сечения

отверстия стакана, см2; W – заданная весовая скорость истечения, кг/с, равная частному от делении металлоемкости формы на время ее заполнения (см. формулу (9)). Если неравенство (17) не выполняется, следовательно, заданное количество металла (форм) залить из данного ковша с заданной весовой скоростью нельзя. Поэтому нужно либо сократить количество форм, либо увеличить ѐмкость принятого ковша.

Правильный выбор емкости ковша и площади (диаметра) поперечного сечения отверстия стакана значительно облегчается с помощью табл. 9, в которой приведены значения весовой скорости истечения металла при различных параметрах ковша.

Определив тем или другим способом начальный и конечный уровень металла в ковше, а также площади поперечного сечения (диаметр) отверстия стакана, переходим к определению сечения других элементов литниковой системы: стояка, литникового хода и питателей.

Поперечное сечение всех каналов в форме должно удовлетворять для расширяющихся литниковых систем следующему неравенству:

Fc Fлx Fн < Fлх , (18)

где Fc , Fлx, Fн – поперечное сечение стояка, литникового хода и всех питателей, см.2

18

Для литниковых систем крупных отливок при использовании стандартных огнеупорных изделий допускается равенство:

Площадь поперечного сечения питателей для всех отливок в форме определяют из сопоставления двух формул [1, 2]:

мый по табл. 6; Н н , Н k – начальный и конечный напоры металла в ковше при наливке одной формы, см; Нк определяется по уравнениям (10) и (12), только вместо Gф подставляется металлоем-

кость одной формы; Н,/ Нп – начальный и конечный напоры в литниковой системе, см.

Таблица 9 Скорость истечения металла из стопорных ковшей

19