АЛГОРИТМ ПОИСКА ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И СООТВЕТСТВУЮЩИХ ИМ ДОПУСКОВ
Припуски на механическую обработку
Припуск на механическую обработку – толщина слоя металла, удаляемого с поверхности отливки при ее обработке в целях обеспечения заданных размеров, формы, расположения, неровностности и шероховатости поверхности детали.
Величина припуска зависит не только от точности отливки, но и от требований к точности детали, а также технического уровня (точности) систем механической обработки.
Таким образом, выбор правильной, экономически целесообразной величины припуска на обработку зависит от совместной работы технолога-литейщика и, в последующем, технолога по механической обработке.
Общий припуск на обработку ZОБЩ соответствует расстоянию между серединами полей допусков детали и отливки и является суммарным на все переходы механической обработки:
(4.2)
где Zi – припуск на выполнение i-перехода, n – общее число переходов.
Схема припуска на обработку представлена на рис. 4.2.
Рис. 4.2. Схема припуска на обработку:
Zmin, Zобщ – минимальный и общий припуски на обработку;
No.min, No.max – минимальный и максимальный размеры отливки;
NД, No – номинальные размеры детали и отливки;
ТД.общ – общий допуск детали; То.общ – общий допуск отливки
Припуск на механическую обработку на выполнение i-гo перехода определяется двумя составляющими: параметром качества поверхностного слоя П1(i-1) на (i-1)-ом переходе и параметром геометрической точности П2i детали после каждого i-ro перехода механической обработки:
На первом переходе параметр П1(i-1) равен исходному литейному припуску, который формируется на отливке (на нулевом переходе обработки). На всех последующих переходах припуск формируется в соответствии с технологией механической обработки.
Определение точностных характеристик и соответствующих им допусков и припусков отливок производится в следующей последовательности:
1) Находим точностные характеристики отливки (п.5.1. ГОСТ 26645–85):
КР – класс размерной точности отливки (табл.9 этого же ГОСТа);
СК – степень коробления (табл.10 этого же ГОСТа);
СП – степень точности поверхности (табл.11 этого же ГОСТа);
КМ – класс точности массы (табл.13 этого же ГОСТа);
ТСМ – допуск смещения (п.2.7. ГОСТ 26645–85, табл.1).
2) Для обрабатываемых поверхностей определяем ряд припуска РП (табл.14 ГОСТ 26645–85).
3) Определяем схему механической обработки (см. подраздел 6.3.).
4) Определяем номинальный размер от базы до обрабатываемой поверхности (для поверхностей вращения и противоположных поверхностей, используемых в качестве взаимных баз при их обработке, принимаем соответственно диаметр и номинальный размер между поверхностями – п.4.2.1 ГОСТ 26645–85).
5) Определяем вид размера (ВР) (п.2.2. ГОСТ 26645–85).
6) Определяем класс точности размера (п.2.2. ГОСТ 26645–85).
7) Определяем допуск размера (табл.1 этого же ГОСТа).
8) Определяем другие погрешности, влияющие на величину общего допуска и, соответственно, припуска.
Для п.8 возможны варианты:
- погрешности формы и расположения (табл.2 этого же ГОСТа);
- погрешности смещения, вызванные перекосом стержня (п.2.8. ГОСТ 26645–85);
- позиционный допуск равен половине допуска на размер;
- погрешность смещения для размеров ВР1 (погрешность смещения для размеров видов ВР2 и ВР3 – учтена).
9) Определяем общий допуск с учетом найденных погрешностей (табл.16 ГОСТ 26645–85) по схеме (рис. 5.1), при этом отдельные составляющие общего допуска предварительно следует расположить в последовательности: Т1 > Т2 > Т3 > Т4.
Определяем четыре значения припуска (табл.6 этого же ГОСТа) для Тобщ и РП.
Определяем вид механической обработки (табл.7 и 8 этого же ГОСТа) (с учетом требований к детали) и окончательно находим припуск.
Рис. 5.1. Схема к определению общего допуска
Пример назначения[1].
В качестве примера выбрана деталь автомобиля – ступица заднего колеса автомобиля ЗИЛ, работающая при динамических нагрузках (рис. 5.2).
Исходные данные: материал КЧ35–10, наибольший габаритный размер 326 мм, масса 22 кг, сложность отливки – средняя, термообработка – графитизирующий отжиг, способ литья – в сырые песчано-глинистые формы из смеси с влажностью от 3,5 до 4,5 %, с прочностью от 60 до 120 КПа и твердостью не ниже 70 ед., уровень механизации производства – машинное поточно-механизированное, культура производства – средняя. Технический уровень технологии механической обработки – средний (табл. 15, приложение 7 ГОСТ 26645–85).
1) По табл. 9 ГОСТ 26645–85 для заданного технологического процесса, габаритного размера 326 мм и сплава КЧ 35-10 (термообработка) находим интервал классов точности размеров 9-13, согласно примечанию берем КР 11.
Рис. 5.2. Ступица заднего колеса автомобиля ЗИЛ
2) По табл. 10 ГОСТ 26645–85 находим степень коробления элементов отливки: фланца (рис. 5.3) и внутреннего цилиндра отливки (рис. 5.4).
Рис. 5.3. Схема коробления фланца отливки
Рис. 5.4. Схема коробления цилиндра отливки
При определении степени коробления фланца за высоту принимается толщина h = 27 мм, за длину диаметр D = 326 мм, h/D = 0,083.
При определении степени коробления цилиндра за высоту принимается диаметр d = 136 мм, за длину L = 230 мм, d/L = 0,59. Для отношения h/D = 0,083 (фланец) с учетом разовой формы и термообработки отливки попадаем в интервал 6-9, в соответствии с примечанием принимаем СК 8.
Для отношения d/L = 0,59 с учетом разовой формы и термообработки отливки попадаем в интервал 4-7, в соответствии с примечанием принимаем СК 6.
Степень коробления отливки в целом принимается по наибольшему значению степени коробления элемента отливки, т. е. СК 8.
По табл.11 ГОСТ 26645–85 для заданного технологического процесса, габаритного размера – 326 мм и материала КЧ 35-10 (термообработка) находим интервал степеней точности поверхности 13-19. С учетом примечания принимаем СП 15.
По табл. 13 ГОСТ 26645–85 для заданного технологического процесса, номинальной массы 22 кг и материала КЧ 35-10 (термообработка) находим интервал классов точности массы 8-15, с учетом примечания принимаем КМ 11.
Допуск смещения отливки определяем для наименьшей толщины стенки в плоскости разъема по классу размерной точности отливки, т. е. КР 11. В нашем случае h = 14 мм; по табл. 1 для КР 11 и h = 14 мм, Тсм = 3,2 мм. Таким образом, найдены основные точностные параметры отливки ступицы заднего колеса: размерная точность КР 11, степень коробления СК 8, степень точности поверхности СП 15, точность массы
КМ 11 и допуск смещения Тсм = 3,2 мм.
Точность отливки: 11-8-15-11 См. 3,2 мм ГОСТ 26645–85.
6. Для обрабатываемых поверхностей необходимо определить ряд
припуска РП.
По табл. 14 приложения 6 ГОСТ 26645–85 находим для степени точности поверхности СП 15 интервал ряда припусков 6-9, с учетом примечания принимаем РП 9.
7. Определение припусков производим для шести обрабатываемых поверхностей: А, В, С, Д, Е, (данные приведены в табл. 7 ГОСТ 26645–85).
Таблица 5.1
Определение допусков и припусков на обработку
| Последовательность назначения | А | B | C | D | E | |
| 1. Номинальный размер от базы до обрабатываемой поверхности, мм | Ø136 | Ø135 | Ø150 | |||
| 2. Вид размера, ВР | II | II | I | I | I | II |
| 3. Класс точности размера, КР | ||||||
| 4. Допуск размера ТО, мм | 5,0 | 3,6 | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 4,4 |
| 5. Другие допуски: | ||||||
| - допуск формы поверхности (от коробления): | ||||||
| номинальный размер нормируемого участка, мм | Ø166 | Ø170 | ||||
| степень коробления СК | ||||||
| допуск формы ТФ, мм | 1,0 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 |
| - допуск смещения, вызванного перекосом стержня: | ||||||
| размер наиболее тонкой стенки, формируемой с участием стержня, мм | - | - | - | |||
| класс точности размера КР | - | - | 11т | 11т | 11т | - |
| допуск смещения ТСМ, мм | - | - | 2,0 | 2,0 | 2,0 | - |
| -позиционный допуск: | ||||||
| размер базовой поверхности, мм | - | - | Ø326 | Ø326 | Ø326 | - |
| вид размера ВР | - | - | I | I | I | - |
| класс точности размера КР | - | - | - | |||
| допуск размера баз. поверхности ТО, мм | - | - | 4,0 | 4,0 | 4,0 | - |
| позиционный допуск ТПОЗ, мм | - | - | 2,0 | 2,0 | 2,0 | - |
| 6. Общий допуск ТОБЩ, мм | 5,0 | 4,0 | 4,4 | 4,4 | 4,4 | 5,0 |
| 7. Общий допуск при назначении припуска, мм | 5,0 | 2,0 | 2,2 | 2,2 | 2,2 | 5,0 |
Продолжение табл. 5.1
| Последовательность назначения | А | B | C | D | E | |
| 8. Припуск, мм: | ||||||
| - черновой (черн.) | 4,0 | 2,4 | 2,6 | 2,6 | 2,6 | 4,0 |
| - получистовой (пч) | 5,5 | 3,1 | 3,4 | 3,4 | 3,4 | 5,5 |
| - чистовой (чист.) | 6,3 | 3,6 | 3,8 | 3,8 | 3,8 | 6,3 |
| - тонкий (т) | 6,9 | 3,8 | 4,1 | 4,1 | 4,1 | 6,9 |
| 9. Вид механической обработки: | ||||||
| - допуск детали, мм | 0,9 | 0,21 | 0,25 | 0,04 | 0,034 | 0,8 |
| - отношение допусков размеров детали и отливки | 0,18 черн. | 0,06 пч | 0,08 пч | 0,013 т | 0,011 т | 0,18 черн. |
| 10. Общий припуск ZОБЩ., мм | 4,0 | 3,1 | 3,4 | 4,1 | 4,1 | 4,0 |
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОПОК И МОДЕЛЬНЫХ ПЛИТ
Допустимые расстояния между моделями и другими элементами литейной формы можно определить по табл.6.1.
Таблица 6.1
Наименьшие расстояния между моделями,
моделями и стенками форм
| Отливки | Граничные размеры, мм, в соответствии с рис. 6.1 | ||||
| а | б | в | г | д | |
| Мелкие (до 10 кг) | 20…30 | 35…60 | 50…75 | 0,3 высоты модели в полуформе | 0,5 высоты модели в полуформе |
| Средние (10…50 кг) | 50…75 | 75…100 | 100…125 | ||
| Крупные (более 50 кг) | 125…175 | 150…200 | 175…200 | - | - |
Рис. 6.1. Размещение отливок в форме для опочной формы
Размещая отливки в опоке необходимо учитывать, что подвод металла к каждой отливке в форме следует осуществлять в одни и те же места, чтобы обеспечить постоянное качество отливок.
Выбранные с помощью табл. 6.1 размеры опок приводятся к размерам опок из базы данных, приведенные в данном методическом пособии.
Размеры модельных плит выбираются в соответствии с размерами опок и находятся в той же базе данных.
Размеры выбираются ближайшие большие.
7. РАСЧЁТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩИХ СИСТЕМ ПРИ ЛИТЬЕ СПЛАВОВ В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫЕ ФОРМЫ
7.1. Литниково-питающие системы для литья чугунов
7.1.1. Расчёт простой литниково-питающей системы
Для чугунов узким местом является питатель.
Fст : ΣFл.х. : ΣFпит = 1,2 : 1,1 : 1,0 , (7.1)
где Fст – площадь стояка, м2 ;
Fл.х. – площадь литниклвого хода, м2 ;
Fпит – площадь питателя, м2 .
1) По формуле Соболева определяется время заливки:
τ = , (7.2)
где G – масса отливки с ЛПС, кг;
δ – толщина отливки, мм.
Для отливок общей массой в форме до 1 кг вес ЛПС принимается 20 % этой массы; для отливок общей массой в форме от 1 кг до 10 кг – 15 % этой массы; для отливок общей массой в форме от 10 кг до 100 кг – 5…10 % этой массы.
2) Рассчитывается площадь питателей:
, (7.3)
гдеμ – коэффициент расхода:
μ = 0,6 – 0,7 – при подводе металла сверху;
μ = 0,4 – 0,5 – при подводе металла сбоку (боковая система);
μ = 0,35 – 0,4 – при сифонном подводе металла;
g – ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с2;
ρж – плотность расплава, кг/м3;
Нр – расчетный напор, м;
Нр = Н – h/2,
где h – высота отливки в верхней полуформе, м;
Н – высота опоки, м.
3) По соотношению 7.1 определяются площади литникового хода и стояка:
, (7.4)
. (7.5)
Для трапециидального хода размеры его сечения находятся из формулы:
,
где а – высота и нижнее основание литникового хода, м (верхнее основание литникового хода равно 0,8·а).
Если литниковый ход разветвленный, то делится на количество разветвлений.
Для стояка круглого сечения его размеры определяется по формулам:
Fст = πd2/4, (7.6)
где d – диаметр нижнего сечения стояка, м;
dст.в. = d +0,015·Н, (7.7)
где dст.в. – диаметр стояка верхнего.
Размеры воронки выбираем по диаметру верхнего сечения стояка (рис. 7.1.).
Рис. 7.1. Размеры литниковой воронки
Размеры прямоугольных питателей определяются по формулам:
, (7.8)
где hпит – высота питателя, м,
В = ΣFпит / hпит ,
n = B/в, (7.9)
где В – суммарная ширина всех питателей, м;
n – количество питателей;
в – ширина одного питателя, в ≥ 15 мм.
4) Расстояние от стояка до первого питателя рассчитывается по формуле:
, (7.10)
где – скорость всплытия шлаковой частицы в спокойном расплаве по нормали к потоку, м/с:
, (7.11)
где dшл – диаметр шлаковой частицы, dшл = 0,002 м;
с – коэффициент сопротивления, с = 1;
ρшл – плотность шлаковой частицы; ρшл = 1600 кг/ м3;
– скорость расплава в литниковом ходе, м / с:
. (7.12)
7.1.2. Расчёт дроссельной литниково-питающей системы
По формуле рассчитываем начальный массовый расход
, (7.13)
где τ – время заливки, с, определяется по формуле 7.2;
G – металлоемкость литейной формы, кг;
k – коэффициент, определяемый по формуле:
, (7.14)
где Нов – высота отливки в верхней полуформе;
Но – высота отливки.
По рис. 7.2, 7.3 и 7.4 определяем щелевую дроссельную систему и по графику определяем номер дросселя. Если точка пересечения попадает в область между кривыми, то нужно выбирать верхнюю кривую. По табл. 7.1, 7.2 и 7.3 определяем размеры дросселей.
Таблица 7.1
Размеры дросселей (рис. 7.2)
| Номер дросселя | Fдр, мм2 | a | b | c | i | k | |||||||||
| мм | |||||||||||||||
| 4,5 – 4,7 | 3,6 – 3,8 | 24,6 – 24,8 | |||||||||||||
| 5,5 – 5,7 | 4,5 – 4,7 | 30,0 – 30,2 | |||||||||||||
| 7,0 – 7,2 | 6,2 – 6,4 | 22,8 – 23,0 | |||||||||||||
| 7,0 – 7,2 | 6,0 – 6,2 | 30,8 – 31,0 | |||||||||||||
|
|
| 29,4 – 29,6 |
| в |
| б |
| а |
Рис. 7.2. Щелевые односторонние одноходовые дроссели
для односторонних (а) и двухсторонних (б) плит
и график для определения номера дросселя (в)
| а |
| в |
| б |
Рис. 7.3. Щелевые двусторонние одноходовые дроссели (а, б)
и график для определения номера дросселя (в)
| а |
| в |
| б |
Рис. 7.4. Щелевые крестообразные одноходовые дроссели (а, б)
и график для определения номера дросселя (в)
Таблица 7.2
Размеры дросселей (рис. 7.3)
| Номер дросселя | Fдр, мм2 | a | b | c | с1 | i | k |
| мм | |||||||
| 4,5 – 4,7 | 4,1 – 4,3 | 11,6 – 11,8 | 11,6 | ||||
| 4,5 – 4,7 | 3,6 – 3,8 | 24,6 – 24,8 | 18,0 | ||||
| 5,5 – 5,7 | 4,5 – 4,7 | 30,0 – 30,2 | 18,0 | ||||
| 7,0 – 7,7 | 6,0 – 6,2 | 30,8 – 31,0 | 18,0 | ||||
| 9,0 – 9,2 | 8,0 – 8,2 | 29,4 – 29,6 | 18,0 |
Таблица 7.3
Размеры дросселей (рис. 7.4)
| Номер дросселя | Fдр, мм2 | a | b | c | D | i | k | R |
| мм | ||||||||
| 4,5 – 4,7 | 4,1 – 4,3 | 11,6 – 11,8 | ||||||
| 4,7 – 4,7 | 3,9 – 4,1 | 18,0 – 18,2 | ||||||
| 4,5 – 4,7 | 4,0 – 4,2 | 24,6 – 24,8 | ||||||
| 5,5 – 5,7 | 4,6 – 4,8 | 24,6 – 24,8 | ||||||
| 5,5 – 5,7 | 4,5 – 4,7 | 30,0 – 30,2 | ||||||
| 7,0 – 7,2 | 6,1 – 6,3 | 26,0 – 26,2 | 17,5 | |||||
| 7,0 – 7,2 | 6,0 – 6,2 | 30,8 – 31,0 | 17,5 | |||||
| 9,0 – 9,2 | 8,0 – 8,2 | 29,4 – 29,6 |
Далее расчет остальных элементов литниково-питающей системы выполняется по соотношению аналогично предыдущему, но уже без расчета растояния до первого питателя.
7.1.3. Расчёт дождевой литниково-питающей системы
Используется для чугунных отливок, расположенных в форме вертикально. Такая ЛС предохраняет полость формы от попадания шлака, предупреждает появление оксидной пленки на поверхности жидкого металла и образование газовых раковин в отливках, создает перепад температур по высоте, способствующей получению плотной отливки.
1) Минимально допустимую скорость подъема металла в полости литейной формы определяем по формуле 7.15, полученной на основании производственных и экспериментальных данных с использованием метода регрессионного анализа. Графическая интерпретация полученной зависимости представлена на рис. 7.5.
Рис. 7.5. Зависимость скорости подъема металла от толщины стенки отливки
, м/с, (R2 = 0,99) (7.15)
где d– толщина стенки отливки, мм
2) Определяется расход расплава:
, м3/с, (7.16)
где – площадь сечения отливки, м2.
3) Определяется суммарная площадь отверстий по формуле:
, мм2 , (7.17)
где μ – коэффициент расхода, для дождевой литниковой системы (рис. 7.6, а) принимаем μ = 0,5… 0,62, для системы (рис. 7.6, б) μ = 0,42…0,48;
H – напор расплава в чаше, мм.
4) Рассчитывается диаметр отверстия по формуле, при условии, что величина критической силы удара струи из отверстия Fст.кр.= 1,62 Н (выше данного значения образуются газовые раковины в отливках):
, мм . (7.18)
а б
Рис. 7.6. Различные типы дождевой литниковой системы:
а – простой конфигурации; б – с кольцевым литниковым ходом
5) Определяется максимально возможное число отверстий по формуле:
.(7.19)
6) Определяются размеры остальных элементов литниковой системы по соотношению Fотв : Fлх : Fст = 1,0 : 1,2 : 1,4 (для крупных отливок), 1:1,5:2 (для крупных и средних отливок), 1:1,11:1,15 (для средних и мелких отливок), 1:1,06:1,1(для мелких отливок).
7.1.4. Расчёт литниково-питающей системы с центробежным шлакоуловителем
Рассчитывается время заливки по формуле Соболева, определяется масса отливки (отливок) вместе с ЛПС. Принимаем удельную скорость заливки:
ω = 0,50…0,90 , кг/(с·см2), (7.20)
меньшие значения для толстостенных отливок при получении плотной структуры без усадочных раковин, большие – для отливок с тонкими стенками и сложной конфигурации (с ребрами, фланцами и т. д.).
Определяем массовую скорость заливки:
, кг/с, (7.21)
Найдем объем центробежного шлакоуловителя:
,см3, (7.22)
где к – коэффициент пропорциональности, к = 100 с*см3/кг.
По номограмме (рис. 7.7) и рис. 7.8 определим основные размеры центробежного шлакоуловителя, откладывая по оси абсцисс .
Определим площадь сечения питателей при ω = 0,50…0,90 кг/(с·см2):
, (7.23)
Fст : Fлх : Fпит = 1,2 : 1,1 : 1,0.
Далее расчет аналогичен расчету простой литниковой системы.
| б |
| а |
Рис. 7.7. Номограмма для определения размеров одного (а)
и двух (б) центробежных шлакоулавителей
Рис. 7.8. Литниковая система с центробежным шлакоулавителем:
1 – литниковый ход; 2 – питатель; 3 – стояк; 4 – шлакоулавитель
7.2. Расчёт литниковых систем для сталей
7.2.1. Расчет прибыли по методу Й. Пржибыла
Объем прибыли
Vп= , (7.24)
где β – отношение объема прибыли к объему усадочной раковины (Vп/Vр);
− часть объемной усадки сплава, принимающая участие в формировании усадочной раковины;
Vо − объем питаемого узла.
По табл. 7.4 определяем значения параметров, характеризующих усадочные свойства сплава.
Из найденного объема прибыли рассчитываются размеры прибыли. Предполагается, что площадь основания равна площади питаемого узла. При этом отношение высоты прибыли к ее диаметру Нп/Dп ориентировочно должно быть равно 1,25…1,5(для закрытых стальных прибылей), 1,7 (для открытых прибылей), 1,25…1,5 (для отливок из цветных сплавов). Высота прибыли – по табл. 7.5.
Таблица 7.4
Значения параметров, характеризующих усадочные свойства сплава
| Сплав | Среднее значение коэффициента β | Примечание | |
| АК12 (АЛ2) | 0,045 | 4–5 | Открытая цилиндрическая прибыль |
| АК9ч (АЛ4) | 0,043 | 4–5 | Открытая прямоугольная прибыль |
| АК7ч (АЛ9) | 0,05 | 5–6 | Открытая прибыль |
| ЛС59-1 | 0,065 | ||
| ЛК80-3 | 0,061 | 3–4 | Открытая прибыль |
| Алюминиевые бронзы | 0,08 | Открытая прибыль | |
| Высокопрочный чугун | 0,045 | 9–10 | |
| Углеродистые стали | 0,045 | 9–10 |
Таблица 7.5
Определение высоты типовых конструкций прибылей
| Вид прибыли | Характеристика прибыли | Расчетная формула |
| Шаровая | ||
| Закрытая куполообразная цилиндрическая | ||
| Закрытая куполообразная с компактной формой горизонтального сечения |
Продолжение таблицы 7.5
| Вид прибыли | Характеристика прибыли | Расчетная формула |
| Открытая цилиндрическая или коническая | ||
| Открытая с компактной формой горизонтального сечения |
7.2.2. Расчёт литниково-питающей системы для заливки стали из стопорного ковша
1) Определяем металлоемкость литейной формы G (масса отливок + масса ЛС + масса прибылей).
2) Определяем технологическую группу сложности отливки по табл. 7.6.
Таблица 7.6
Основные признаки технологических групп отливок
| Характеристика отливок | Технологическая группа | |
| По-сырому | По-сухому1 | |
| Отливки типа плит, горизонтально расположенных в форме при заливке; отливки особо ответственного назначения, подвергаемые контролю ультразвуком, просвечиванием гамма- или рентгеновским излучением, гидроиспытаниям при высоком давлении; отливки, имеющие развитые горизонтальные поверхности и отливки, верхние поверхности которых (по заливке) подвергаются механической обработке. | I | I |
| Отливки зубчатых колес, отливки, имеющие развитые тонкостенные части. | I | II |
| Отливки, имеющие развитые механически обрабатываемые поверхности, расположенные преимущественно внизу (по заливке). | II | III |
Продолжение таблицы 7.6
| Характеристика отливок | Технологическая группа | |
| По-сырому | По-сухому1 | |
| Отливки, имеющие преимущественно вертикальное расположение основных поверхностей, в том числе механически обрабатываемых. | II | IV |
| 1 Включая изготовление литейных форм из самотвердеющих смесей, не подвергаемых тепловой сушке. |
3) По табл. 7.7 в зависимости от сложности отливки выбираем необходимую линейную скорость заполнения.
Таблица 7.7
Ориентировочные значения ωф
| δ0, мм | ωф, мм/с (не менее), для технологической группы отливок | |||
| I | II | III | IV | |
| До 10 | ||||
| 10,1 – 40 | ||||
| 40,1-70 | ||||
| Св. 70 |
Примечание. При изготовлении отливок из высоколегированных сталей значение ωф принимается с поправочным коэффициентом, равным 2 для 30Х24Н12СЛ; 1,4 – для 20Х13Л; 1,8 – для 10Х18Н9Л; 1,25 – для 110Г13Л.
4) Определяем время заливки, позволяющее получить отливку без брака:
, с. (7.25)
5) Весовая скорость заливки:
, кг/с. (7.26)
6) По табл. 7.8 по выбираем стопорный ковш (+ диаметр стопорного стакана dст).
7) По диаметру стопорного стакана dст выбираем диаметр стояка по табл. 7.9.
8) Выбираем соотношение элементов ЛПС (табл. 7.10).
Таблица 7.8
Данные для выбора диаметра отверстия стопорного стакана dст,
и предельных гидростатических напоров Н
в ковшах различной вместимости (μк = 0,89, ρ = 7100 кг/м3)
| Н, мм | Вместимость ковша, т | , кг/с, при dст, мм | Максимальный напор в ковше при βт=1,5 | |||||||
| 1* | 10,7 | 14,5 | 18,9 | 24,0 | 29,6 | 35,8 | 42,7 | 58,1 | ||
| 4* | 11,6 | 15,7 | 20,6 | 26,0 | 32,1 | 38,7 | 46,3 | 62,7 | ||
| 6 – 16* | 12,2 | 16,7 | 21,8 | 27,6 | 34,2 | 41,3 | 49,3 | 67,1 | ||
| 20 – 30* | 13,0 | 17,6 | 23,2 | 29,4 | 36,2 | 43,7 | 52,1 | 71,0 | ||
| 40 – 90* | 13,8 | 18,7 | 24,4 | 30,8 | 38,2 | 46,0 | 55,0 | 75,0 | ||
| – | 14,6 | 19,6 | 25,9 | 32,7 | 40,5 | 49,0 | 58,5 | 79,1 | ||
| – | 15,1 | 20,5 | 26,7 | 33,8 | 41,8 | 50,7 | 60,2 | 82,0 | ||
| – | 15,7 | 21,3 | 27,8 | 35,3 | 43,6 | 52,7 | 62,6 | 85,3 | ||
| 1** | 16,4 | 22,3 | 29,1 | 36,8 | 45,3 | 55,0 | 65,5 | 89,5 | ||
| – | 16,8 | 22,8 | 30,0 | 37,8 | 46,8 | 56,5 | 67,2 | 91,7 | ||
| – | 17,5 | 23,5 | 30,9 | 39,1 | 48,3 | 58,3 | 69,6 | 94,8 | ||
| – | 17,9 | 24,3 | 32,0 | 40,3 | 49,7 | 60,2 | 71,7 | 97,8 | ||
| – | 18,4 | 25,1 | 32,8 | 41,5 | 51,2 | 62,0 | 73,7 | 100,3 | ||
| – | 18,9 | 25,8 | 33,7 | 42,6 | 52,8 | 63,8 | 75,7 | 103,2 | ||
| – | 19,5 | 26,4 | 34,5 | 43,7 | 54,0 | 65,2 | 77,8 | 106,0 | ||
| – | 20,2 | 27,3 | 36,0 | 45,3 | 55,7 | 67,3 | 80,5 | 109,2 | ||
| – | 20,5 | 27,7 | 36,2 | 45,9 | 56,7 | 68,7 | 81,9 | 111,1 | ||
| – | 20,9 | 28,3 | 37,1 | 46,9 | 57,9 | 70,2 | 83,4 | 113,5 | ||
| 4** | 21,5 | 29,2 | 38,2 | 48,5 | 60,0 | 72,1 | 86,5 | 117,5 | ||
| 6** | 21,8 | 29,6 | 38,6 | 48,9 | 60,4 | 73,1 | 87,0 | 118,3 | ||
| 10** | 22,3 | 30,5 | 39,8 | 50,2 | 61,7 | 74,8 | 89,4 | 121,7 | ||
| – | 23,1 | 31,5 | 40,9 | 51,8 | 63,8 | 77,4 | 92,0 | 125,1 | ||
| – | 23,5 | 32,4 | 42,3 | 53,6 | 66,2 | 80,0 | 95,5 | 129,7 | ||
| 16** | 24,7 | 33,4 | 43,7 | 55,3 | 68,3 | 82,6 | 98,5 | 134,0 | ||
| 20** | 25,1 | 34,2 | 44,7 | 56,6 | 69,8 | 84,5 | 100,5 | 137,0 |
Продолжение таблицы 7.8
| Н, мм | Вместимость ковша, т | , кг/с, при dст, мм | Максимальный напор в ковше при βт=1,5 | |||||||
| – | 25,4 | 34,4 | 45,2 | 57,0 | 70,5 | 58,2 | 101,3 | 138,0 | ||
| – | 26,2 | 34,5 | 46,3 | 58,7 | 72,5 | 87,7 | 104,3 | 141,0 | ||
| 30 – 35** | 26,8 | 36,4 | 47,7 | 60,3 | 74,4 | 90,0 | 107,0 | 145,7 | ||
| 40** | – | – | 48,8 | 61,4 | 75,5 | 92,4 | 110,0 | 149,6 | ||
| – | – | – | 50,0 | 63,2 | 78,2 | 94,5 | 112,0 | 153,0 | ||
| – | – | – | 50,5 | 64,1 | 78,6 | 95,6 | 115,1 | 154,3 | ||
| 50** | – | – | – | 66,4 | 81,8 | 98,5 | 117,7 | 160,6 | ||
| – | – | – | – | – | 85,4 | 103,3 | 123,0 | 167,3 | ||
| 90** | – | – | – | – | 93,5 | 113,0 | 126,8 | 183,2 | ||
| * Вместимость ковша, которой соответствует металлостатический напор в момент заливки последней формы ** То же в момент заливки первой формы |
Таблица 7.9
Нормальный ряд диаметров стопорного стакана и стояка
| Диаметр стопорного стакана, мм | ||||||||
| Диаметр стояка, мм | 90 – 100 |
Таблица 7.10
Отношение Fn : Fл.х : Fc для различных отливок
| Отливки | Fn : Fл.х : Fc | Fу.с |
| Мелкие1 | 1,0 : (1,05 – 1,2) : (1,1 –1,2) | Fn |
| Средние | (1,1 – 1,5) : 1,0 : (1,05 – 1,2) | Fл.х |
| Крупные2 | (1,0 – 2,0) : (1,0 – 2,0) : 1,0 | Fc |
| 1 В выходной части Fn = 1,1 1,5 Fу.с, в узком месте Fn = Fу.с | ||
| 2 Fn > Fу.с или Fл.х > Fу.с |
Далее расчитываются по выбранному соотношению размеры элементов ЛПС.
7.2.3. Расчёт литниково-питающей системы для заливки стали из чайникового ковша
, см2, (7.27)
где G – металлоемкость формы, кг;
τ – время заливки, с, определяется по формуле: , где s определяется по табл. 7.11;
Ксуж – коэффициент сужения литникового канала, К = 1,1…1,15;
Нр – расчетный металлостатический напор,
Нр = Н – h/2, (7.28)
где Н – металлостатический напор, см;
h – высота отливки от места подвода расплава, см.
Таблица 7.11
Коэффициент s для стальных отливок
| Техно-логичес-кая группа отливок | G, кг | Коэффициент s при толщине стенки отливки, мм | ||||
| до 15 | св. 15 до 30 | св. 30 до 50 | св. 50 до 100 | св. 100 | ||
| I | до 500 501–1000 1001–5000 5001–15000 | 1,00 1,05 1,15 1,25 | 0,90 1,00 1,05 1,10 | 0,80 0,90 0,95 1,00 | 0,75 0,80 0,85 0,90 | - 0,75 0,80 0,85 |
| II | до 500 501–1000 1001–5000 5001–15000 | 1,10 1,20 1,30 1,40 | 1,00 1,10 1,20 1,30 | 0,90 1,00 1,05 1,15 | 0,85 0,90 1,00 1,05 | - 0,90 0,95 1,00 |
| III | до 500 501–1000 1001–5000 5001–15000 | 1,25 1,30 1,45 1,55 | 1,10 1,20 1,30 1,40 | 1,00 1,10 1,15 1,25 | 0,95 1,05 1,10 1,15 | - 1,00 1,05 1,10 |
| IV | до 500 501–1000 1001–5000 5001–15000 | 1,35 1,40 1,60 1,75 | 1,20 1,30 1,45 1,60 | 1,10 1,20 1,30 1,45 | 1,05 1,15 1,25 1,35 | - 1,10 1,20 1,25 |
| Примечание: значение коэффициента s должно быть кратным следующим числам: при заливке легированных сталей 110Г13Л – 0,8; 20Х13Л – 0,6; 10Х18Н9ТЛ – 0,55; 30Х24Н12СЛ – 0,5; при заливке сталей с суммарным содержанием Сr, Mo и W от 1,8 до 2,5 % – 0,8…0,9; при заливке сталей с содержанием Al от 2 до 5 % – 0,6…0,4. |
Определив размер узкого места литниковой системы, остальные параметры определяем по табл. 7.10.
7.3. Расчет литниково-питающих систем для алюминиевых и магниевых сплавов
7.3.1. Расчёт дождевой литниково-питающей системы [2]
1) Определение минимально допустимой скорости подъема расплава в полости литейной формы, см/с:
, (7.29)
где – толщина отливки, см.
2) Определение минимального расхода расплава:
, (7.30)
где – расход в заливочных отверстиях, м3/с ;
– площадь сечения формы, м2;
ωф – скорость подъема расплава, м/с.
3) Определение суммарной площади отверстий дождевой литниковой системы:
, (7.31)
где g – ускорение свободного падения, м/с2;
Н – гидродинамический напор металла, м;
μ – коэффициент расхода расплава в отверстиях дождевой литниковой системы, определяется согласно формуле 7.17.
4) Определение максимально возможного радиуса сечения струи:
, (7.32)
где Nкр – критическая (максимально допустимая) сила гидродинамического удара струи расплава, Nкр = 0,4 Н;
h – высота падения расплава, м;
– плотность расплава, кг/м3.
5) Определение количества отверстий:
(7.33)
6) Определение компактной части струи, l :
,(7.34)
где L – симплекс, характеризующий размеры системы, в которой происходит рассматриваемый процесс, L = l/l0;
Fr – критерий Фруда определяет отношение сил инерции к силам тяжести:
, (7.35)
где – скорость падения струи, , м/с;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
l0 – характерный размер струи, м;
We – критерий Вебера представляет собой меру отношения сил инерции к силам поверхностного натяжения:
, (7.36)
где – плотность жидкого металла, кг/м3;
– коэффициент поверхностного натяжения, Н/м.
7) Определение теплоотдачи при условии l = 0,5 h:
Nu = 0,000078∙Pe2,055, , (7.37)
где –теплопроводность жидкого металла, Вт/м К;
– критерий Пекле представляет собой среднюю меру отношения интенсивности переноса теплоты теплопроводностью
, (7.38)
где – скорость падения части струи, м/с;
μ – коэффициент расхода литниковой системы;
h – высота напора, м.
8) Определение времени падения расплава:
. (7.39)
9) Определение температуры заливки расплава:
, (7.40)
где – коэффициент теплоотдачи, ;
с – теплоемкость расплава, Дж/кг· К;
ρ – плотность расплава, кг/м3;
– температура поверхности расплава, К; .