Процесс затвердевания отливки

Процесс затвердевания отливки складывается из отвода теплоты перегрева и непосредственно из затвердевания металла.

Большую часть теплоты перегрева металл теряет в камере прессования и при движении в литниковой системе, а также в полости формы.

Однако при заливке цинковых или магниевых сплавов на машинах с горячей камерой прессования можно сохранить теплоту перегрева даже в конпе заполнения формы.

Температура жидкого металла, охлаждающегося в форме, определяется формулой, предложенной для условий литья под давлением А. И. Вейником:

из которой время отвода теплоты перегрева т определится при достижении температуры кристаллизации t = tкp:

                               (103)

где τ0 — время течения металла до рассматриваемого сечения отливки в сек; Мотл — приведенный размер отливки в м, Мотл = Н/2; tзап — температура жидкого металла в момент окончания заполнения в °С; tф — температура формы с учетом предварительного подогрева и прогрева формы в процессе заполнения,

t'ф — температура предварительного подогрева в °С; τзап — время заполнения или, более точно, полная длительность процесса течения металла от момента его поступления в литниковый канал в сек.

Время τ0 и τззап определяется по общей формуле:

где si — путь, пройденный прессующим поршнем за соответствуюший период υпр — средняя скорость прессования на отрезке пути si в м/сек

Время заполнения τзап можно определять также по формуле (94) для дисперсного заполнения, используемого при литье цинковых или магниевых сплавов.

Температуру, соответствующую окончанию заполнения, также можно найти из формулы (96) после некоторых преобразований:

                               (104)

где К1 — коэффициент, равный для магниевых сплавов 0,1 и для цинковых 0,201; t"ф — температура формы, стремящаяся к температуре контакта,для магниевых сплавов 350°С, для цинковых 200° С; τзап — действительное время заполнения полости формы псек.

Если требуется определить время отвода теплоты перегрева от всей отливки, то время то в выражении (103) следует приравнять времени заполнения τзап. В этом случае дополнительное время отвода теплоты перегрева τт.п, отсчитываемое от окончания заполнения формы,

τт.п = τ - τзап

определится формулой

или после подстановки значения коэффициента bф для стали и теплофизических характеристик для сплавов

                                (105)

где К3 - для магниевых сплавов 0,076 и для цинковых 0,123, если H в мм.

Найдем дополнительное время отвода теплоты перегрева для отливки из цинкового сплава ЦАМ4-3 толщиной 4 мм, если tзал = 420°С, t'ф = 120°С, температура поверхности формы при дисперсном заполнении t"ф = 200°С и tф→tк = 300° С. Время заполнения формы tзап = 0,06 сек.

По формуле (104) находим температуру жидкого цинкового сплава в момент окончания заполнения:

Время отвода теплоты перегрева τт.п находим по формуле (105)

Если к моменту отвода теплоты перегрева металл сохранит жидкотекучесть в питателе, то в течение времени τт.п усилие подпрессовки может беспрепятственно передаваться в форму и сжимать воздушно-газовые раковины, объем которых уменьшается пропорционально возрастанию давления.

Процесс затвердевания отливки в форме после отвода теплоты перегрева происходит также в условиях передачи подпрессо-вочного усилия, причем давление подпрессовки падает по мере возрастания сопротивления в форме. Следовательно, процесс затвердевания происходит при плотном контакте отливки с поверхностью формы.

Связь между объемом затвердевшего металла V и временем τ определяется формулой:

откуда время затвердевания при температуре кристаллизации tкp

где V0 — объем металла, затвердевшего в данном сечении к моменту остановки потока, в м3; Fотл — площадь поверхности охлаждения отливки в м2; ρм — плотность отливки в твердом состоянии в кг/мг; r — удельная теплота кристаллизации сплава в дж/кг; τкр — время от начала заполнения до начала кристаллизации, τкр = τзап + τт.п в сек.

При полном затвердевании отливки объем V становится равным объему отливки Vотл, V0 = 0, а τ0 = τкр. Заменяя отношение Vотл/Fотл, равное приведенному размеру отливки, через толщину стенки отливки Vотл/Fотлотл=Н/2, получим формулу для определения времени полного затвердевания τзат = τ — τкр = τ — (τзап + τт.п)y отмоментаначала до окончания кристаллизации:

или после подстановки значения bф для стали и замены значений ρм и r для различных сплавов постоянными коэффициентами

                                (106)

где K4 — коэффициент (при H в мм), равный для сплавов: медных (латунь ЛС-59-1) 48, магниевых 17, алюминиевых 35, цинковых 25.

В формуле (106) температура формы tф соответствует среднему значению между температурой предварительного подогрева t'ф и температурой контакта tк.

 

Зависимости времени затвердевания от толщины стенки отливок из различных сплавов приведены на рис. 94. Эти зависимости показывают, что магниевые сплавы затвердевают примерно в 2 раза быстрее, чем алюминиевые и цинковые сплавы.

Рис. 94. Зависимость времени затвердевания от толщины отливки из магниевых (1), медных (2), алюминиевых (3) и цинковых (4) сплавов

После полного затвердевания отливки начинается ее охлаждение в форме с образованием зазора между внешней поверхностью отливки и формы. Внутренние поверхности отливки, оформляемые стержнями, в результате усадки образуют плотный контакт с формой.

Время охлаждения затвердевшей отливки можно рассчитывать по формуле (84).

Находим полное время охлаждения отливки

где Хзаз — толщина зазора в м; λзаз — теплопроводность газа, заполняющего зазор (продукты сгорания смазки), в вт/м °С; tсол — температура солидуса (окончания  затвердевания) в °С; tкон — конечная температура, при которой отливка удаляется из формы, в °С; tф — температура формы в процессе охлаждения отливки, , в °С; mотл — масса отливки в кг; см — удельная теплоемкость материала отливки в дж/кг°С; Fвнеш — внешняя поверхность охлаждения отливки в м2.

Например, определим время охлаждения для отливки в виде тонкостенного цилиндра весом 0,5 кг из сплава АЛ2 см = 92 дж/кг°С [0,22 ккал/кГ°С] с внешней поверхностью  охлаждения Fвнеш = 0,02 м2, при условии образования газового зазора Хзаз = 0,05 мм = 5 · 10-5 м.

Коэффициент теплопроводности газового зазора принимаем (для смеси газов СО2, Н2, N2 и О2) λзаз = 2,46 вт/м °С (59·10-5 ккал/мсек °С).

Отливка удаляется из формы при tкон = 400° С.

 

На рис. 95 представлены графические зависимости времени охлаждения от конечной температуры удаления отливки из формы tкон для данной расчетной отливки из алюминиевого сплава.

Рис. 95. Зависимость времени охлаждения отливки из сплава АЛ2 при различной величине (толщине) зазора: 1 — 0,025 мм; 2 — 0,05 мм; 3 — 0,1 мм

 



 
 
Добавить предприятие
 


 
 
 
 
 
 
 
Тел.: (8552) 39-71-29
промышленные предприятия Условия использования материалов сайта Политика конфиденциальности
 
Создание сайта Вебцентр